KR102215062B1 - Apparatus for processing signal of multi-mode radar for detecting unmanned aerial vehicle and method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법을 개시한다. 즉, 본 발명은 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원함으로써, 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있다.The present invention discloses a multi-mode radar signal processing apparatus and method for detecting a UAV. That is, the present invention supports both a PD radar signal processing processor and an FMCW radar signal processing processor in a single hardware, so that both a target located at a long distance and a target located at a short distance can be detected.

Description

무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법{Apparatus for processing signal of multi-mode radar for detecting unmanned aerial vehicle and method thereof}TECHNICAL FIELD [0002] Apparatus for processing signal of multi-mode radar for detecting unmanned aerial vehicle and method thereof

본 발명은 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있도록 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multimode radar signal processing apparatus and method for detecting unmanned aerial vehicles, and in particular, a PD radar signal processing processor and an FMCW radar signal processing processor in a single hardware to detect both a target located at a long distance and a target located at a short distance. It relates to a multimode radar signal processing apparatus and method for detecting unmanned aerial vehicles that support all of them.

레이더 시스템은 전자기파 신호를 송신한 후 표적에 반사된 신호를 검출함으로써 표적과의 거리, 속도를 측정하는 방식으로, 주야 및 날씨 등의 환경에 거의 영향을 받지 않기 때문에 라이다, 카메라, 초음파, 적외선 센서 등의 센서에 비해 큰 장점을 지니고 있다. 이에 최근 레이더 기술은 항공기, 선박 등의 방산분야뿐만 아니라 드론, 자동차 및 의료 등에 응용되어 다양한 연구가 이루어지고 있다.The radar system transmits an electromagnetic wave signal and then detects the reflected signal on the target to measure the distance and speed to the target. Because it is hardly affected by the environment such as day and night, the radar, camera, ultrasonic, infrared It has a great advantage over sensors such as sensors. Accordingly, recently, radar technology has been applied not only to the defense field of aircraft and ships, but also to drones, automobiles, and medical treatments, and various studies are being conducted.

레이더의 전송 파형은 크게 PD(pulse doppler) 레이더와 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더로 구분되며, 전송 파형에 따라 시스템 동작 방식이 다르다. PD 레이더는 일정한 펄스를 송신하는 방식으로 수신된 펄스 신호로부터 표적의 정보를 산출한다. FMCW 레이더는 주파수 변조된 신호를 연속적으로 송수신하여 송신 신호와 수신 신호의 차이인 비트 신호를 이용하여 표적의 정보를 얻는 방식이다. PD 레이더 방식은 높은 첨두(peak) 송신 전력으로 장거리 표적 검출이 가능한 장점이 있지만, 펄스를 송신하는 동안에는 수신할 수 없어 근거리 표적 검출에는 어려움을 겪는다. 반면, FMCW 레이더 방식은 연속적으로 송수신이 이루어지므로 블라인드 레인지(blind range)가 존재하지 않으며, PD 레이더에 비해 높은 해상도를 가져 단거리 표적 검출에 유리하지만, 제한된 송신 전력으로 인해 장거리 물체 검출에는 한계를 갖는다. FMCW 레이더는 전송 파형에 따라 상향 첩(up chirp)과 하향 첩(down chirp)을 모두 사용하는 삼각파형 방식과 상향 첩 혹은 하향 첩 중 하나만 사용하여 전송하는 톱니파형 방식이 있다. 삼각파형 방식의 FMCW 레이더는 상향 첩과 하향 첩의 비트 주파수 조합을 통해 저복잡도 연산으로 표적과의 거리와 속도를 구할 수 있지만, 다수의 표적이 존재하는 경우 무수히 많은 비트 주파수 조합이 발생하게 되어 실제 표적과 거짓 표적을 구별하기 어려운 문제점을 갖는다. 반면, 톱니파형 방식의 FMCW 레이더는 톱니파의 기울기를 크게 하여 여러 첩 신호를 연속적으로 전송하고 고속 첩열(fast-chirp train) 방식을 사용하며, 이는 검출된 비트 주파수가 곧 표적과의 거리에 대응되어 다중 표적 검출이 용이한 특징이 있어 삼각파형 FMCW 레이더에 비해 많은 응용에 사용되고 있다.The transmission waveform of radar is largely divided into PD (pulse doppler) radar and FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar, and the system operation method is different depending on the transmission waveform. The PD radar calculates target information from the received pulse signal by transmitting a constant pulse. The FMCW radar is a method of continuously transmitting and receiving a frequency modulated signal to obtain target information using a bit signal that is the difference between a transmitted signal and a received signal. The PD radar method has the advantage of being able to detect a long-distance target with high peak transmission power, but it cannot be received while transmitting a pulse, making it difficult to detect a short-range target. On the other hand, since the FMCW radar method transmits and receives continuously, there is no blind range, and it has a higher resolution than the PD radar, which is advantageous for short-range target detection, but has limitations in detecting long-range objects due to limited transmission power. . FMCW radar has a triangular waveform method that uses both an up chirp and a down chirp according to a transmission waveform, and a sawtooth wave method that transmits only using either an upward chirp or a downward chirp. The triangular wave type FMCW radar can obtain the distance and speed from the target by low-complexity calculation through the combination of the beat frequencies of the upward chirp and the downward chirp, but when there are multiple targets, numerous combinations of beat frequencies occur. It is difficult to distinguish between a target and a false target. On the other hand, the sawtooth wave type FMCW radar continuously transmits multiple chirp signals by increasing the slope of the sawtooth wave and uses a fast-chirp train method, which means that the detected beat frequency corresponds to the distance to the target. Since it is easy to detect multiple targets, it is used in many applications compared to the triangular wave FMCW radar.

특히, 교통, 물류, 건설 및 항공촬영 등 다양한 분야에서 운용되고 있는 무인기는 여러 환경 속에 노출되어 있기 때문에, 무인기의 안전한 운용을 위해서는 사전에 이를 탐지해 위치정보를 제공할 필요가 있다.In particular, since UAVs operated in various fields such as transportation, logistics, construction and aerial photography are exposed to various environments, it is necessary to detect them in advance and provide location information for safe operation of UAVs.

한국등록특허 제10-1295061호 [제목: FMCW 레이더 신호처리모듈 및 그의 메모리 관리 방법]Korean Patent Registration No. 10-1295061 [Title: FMCW radar signal processing module and its memory management method]

본 발명의 목적은 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있도록 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is a multimode radar signal processing apparatus for unmanned aerial vehicle detection that supports both a PD radar signal processing processor and an FMCW radar signal processing processor in a single hardware so as to detect both a target located at a long distance and a target located at a short distance, and the same There is a way to provide.

본 발명의 다른 목적은 PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a multimode radar signal processing apparatus and method for detecting an unmanned aerial vehicle that share a signal processing processor and a memory commonly required in PD radar and FMCW radar.

본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치는 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부; 상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 전처리부; 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서; 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서; 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스; 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 메모리 컨트롤러; 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스; 및 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하고, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 후처리부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a multimode radar signal processing apparatus for detecting a UAV includes: an ADC unit that performs a sampling function on a received signal and outputs a sampled bit frequency signal; A preprocessor for outputting a preprocessed output value by performing a preprocessing function on the sampled bit frequency signal output by the ADC unit; An FFT processor for calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value; In the FMCW radar calculated by the FFT processor, the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table are multiplied in the frequency domain, and then returned to the time domain. I-FFT processor for outputting information; According to the distance to the target calculated based on the received signal and the transmitted signal, the output value of the FFT processor, which is the output result of the FMCW radar, or the output value of the I-FFT processor, which is the output result of the PD radar, is selected and output as a first output value. The first mux to do; A memory controller sequentially storing a first output value output from the first mux in a 2D memory unit; A second mux for outputting data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value; And calculating the distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target based on the first output value output from the first mux and the second output value output from the second mux, and clutter and noise. It may include a post-processing unit that determines whether or not the target is an actual target and outputs the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 전처리부는, 표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 임시 저장하는 버퍼; 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 DC 제거부; 및 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부를 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the preprocessor may include a buffer temporarily storing the sampled beat frequency signal in order to remove a DC offset of the received signal reflected by a target; When the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number, an average is calculated for the preset number of temporarily stored data, and a difference value between the preset number of temporarily stored data and the calculated average is calculated, respectively. DC removal unit to calculate; And a multiplication operation between a preset weight and a plurality of calculated difference values in order to reduce the magnitude of the side lobe signal generated by performing the FFT function, and the result of the multiplication operation is the preprocessed output value according to the execution of the preprocessing function. It may include a Hamming window that outputs as a result.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 FFT 프로세서는, 다음의 수학식에 의해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하며,

Figure 112019028982609-pat00001
, 상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the FFT processor calculates distance information from the FMCW radar to the target by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00001
, R1 denotes a distance to a target by an FMCW radar, B denotes a bandwidth, T denotes a time of a concubine, and c denotes a propagation speed of a signal.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 I-FFT 프로세서는, 다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,

Figure 112019028982609-pat00002
, 상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the I-FFT processor includes a process of calculating a correlation operation between a transmission signal and a reception signal by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00002
, Y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n is Can indicate index.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 I-FFT 프로세서는, 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하며,

Figure 112019028982609-pat00003
, 상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the I-FFT processor multiplies a sampling time for the received signal by an index representing a peak value in the calculated correlation operation (y[n]) to determine the delay time between the transmitted signal and the received signal ( Δt) is calculated, and the distance to the target in the PD radar is calculated by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00003
, R2 denotes a distance to a target by a PD radar, Δt denotes a delay time between a transmission signal and a received signal, and c denotes a propagation speed of the signal.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출하는 MTI 프로세서를 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the post-processing unit may include an MTI processor that calculates a component of the moving target by removing a fixed target component from a first output value output from the first mux.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출하는 I-MTI 프로세서를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the post-processing unit may further include an I-MTI processor that calculates a component of a fixed target by removing a moving target component from a first output value output from the first mux.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는, 복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출할 수 있다.As an example related to the present invention, the MTI processor and the I-MTI processor may each calculate a component of a moving target and a component of a fixed target by applying a recursive algorithm to reduce complexity.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the post-processing unit may further include a Doppler FFT processor that calculates a speed of a moving target based on a second output value output from the second mux.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 도플러 FFT 프로세서는, 한 PRI(pulse repetition interval)의 거리 빈(range bin)의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하고, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,

Figure 112019028982609-pat00004
, 상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the Doppler FFT processor accumulates data of a range bin of one PRI (pulse repetition interval) by a product of a distance bin and the number of pulses, and FFT the accumulated distance bin data. It is calculated by performing an operation to calculate the Doppler frequency and calculating the speed of the moving target by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00004
, F 0 may represent a center frequency, and f d may represent a Doppler frequency.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 CFAR 및 첨두 검출부를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the post-processor calculates an average of some of the first output values by applying a CFAR algorithm based on a first output value output from the first mux to calculate an adaptive threshold value, It may further include a CFAR and a peak detector for comparing the first output value and the calculated adaptive threshold value.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 CFAR 및 첨두 검출부는, 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력할 수 있다.As an example related to the present invention, the CFAR and peak detection unit, when the comparison result, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, determine the frequency component, and the calculated distance to the fixed target, The distance to the moving target and the speed of the moving target can be output.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 CFAR 알고리즘은, CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the CFAR algorithm may include any one of a CA CFAR algorithm, an SO CFAR algorithm, and a GO CFAR algorithm.

본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법은 ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계; 전처리부에 의해, 상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계; FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계; I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계; 제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계; 메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계; 제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계; 후처리부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계; 및 상기 후처리부에 의해, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a multimode radar signal processing method for detecting a UAV includes the steps of: outputting a sampled bit frequency signal by performing a sampling function on a received signal by an ADC unit; Outputting a preprocessed output value by performing a preprocessing function on the sampled beat frequency signal output by the ADC unit by a preprocessor; Calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value, by an FFT processor; In the FMCW radar calculated by the FFT processor, the I-FFT processor multiplies the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table in the frequency domain, and then returns the result back to the time domain as PD. Outputting information on a distance from a target on a radar; By the first mux, the output value of the FFT processor, which is an output result of the FMCW radar or the output value of the I-FFT processor, is selected according to the distance between the target calculated based on the received signal and the transmitted signal. Outputting a first output value; Sequentially storing, by a memory controller, a first output value output from the first mux in a 2D memory unit; Outputting, by a second mux, data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value; Calculating, by a post-processing unit, a distance to a fixed target, a distance to a moving target, and a speed of a moving target based on a first output value output from the first mux and a second output value output from the second mux. ; And outputting the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target, by the post-processing unit, by determining whether the target is an actual target from clutter and noise. I can.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계는, 표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 과정; 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 과정; 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 과정; 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 과정; 및 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 과정을 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the step of performing a preprocessing function on the sampled bit frequency signal and outputting a preprocessed output value includes, in order to remove a DC offset of the received signal reflected by a target, the sampled bit frequency Temporarily storing the signal in a buffer; Calculating an average of the preset number of temporarily stored data when the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number; Calculating a difference value between the predetermined number of temporarily stored data and the calculated average; Outputting a plurality of difference values corresponding to the calculated predetermined number; And a multiplication operation between a preset weight and a plurality of calculated difference values in order to reduce the magnitude of the side lobe signal generated by performing the FFT function, and the result of the multiplication operation is the preprocessed output value according to the execution of the preprocessing function. It may include a process of outputting to.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계는, 다음의 수학식에 의해 산출되며,

Figure 112019028982609-pat00005
, 상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the step of calculating distance information from the target in the FMCW radar is calculated by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00005
, R1 denotes a distance to a target by an FMCW radar, B denotes a bandwidth, T denotes a time of a concubine, and c denotes a propagation speed of a signal.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계, 다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,

Figure 112019028982609-pat00006
, 상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the step of outputting information on a distance to a target in the PD radar includes a step of calculating a correlation calculation between a transmitted signal and a received signal by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00006
, Y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n is Can indicate index.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계는, 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하는 과정; 및 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하는 과정을 더 포함하며,

Figure 112019028982609-pat00007
, 상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the outputting of the distance information from the PD radar as distance information from the target may be performed by multiplying an index representing a peak value in the calculated correlation calculation (y[n]) by a sampling time for the received signal. Calculating a delay time (Δt) between the transmission signal and the reception signal; And calculating the distance to the target in the PD radar by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00007
, R2 denotes a distance to a target by a PD radar, Δt denotes a delay time between a transmission signal and a received signal, and c denotes a propagation speed of the signal.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 움직이는 표적과의 거리는, 상기 후처리부에 포함된 MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출할 수 있다.As an example related to the present invention, the distance to the moving target is calculated by removing the fixed target component from the first output value output from the first mux by the MTI processor included in the post-processing unit. can do.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 고정된 표적과의 거리는, 상기 후처리부에 포함된 I-MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출할 수 있다.As an example related to the present invention, the distance to the fixed target is a component of the fixed target by removing a moving target component from the first output value output from the first mux by the I-MTI processor included in the post-processing unit. Can be calculated.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는, 복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출할 수 있다.As an example related to the present invention, the MTI processor and the I-MTI processor may each calculate a component of a moving target and a component of a fixed target by applying a recursive algorithm to reduce complexity.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 움직이는 표적의 속도는, 상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출할 수 있다.As an example related to the present invention, the speed of the moving target may be calculated based on a second output value output from the second mux by a Doppler FFT processor included in the post-processing unit.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 움직이는 표적의 속도는, 상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하는 과정; 상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하는 과정; 및 상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,

Figure 112019028982609-pat00008
, 상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타낼 수 있다.As an example related to the present invention, the speed of the moving target is a process of accumulating data of a distance bin of one PRI by a product of a distance bin and the number of pulses by a Doppler FFT processor included in the post-processing unit; Calculating a Doppler frequency by performing an FFT operation on the accumulated distance bin data by the Doppler FFT processor; And calculating the speed of the moving target by the following equation, by the Doppler FFT processor,
Figure 112019028982609-pat00008
, F 0 may represent a center frequency, and f d may represent a Doppler frequency.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 실제 표적인지 여부를 판별하는 단계는, 상기 후처리부에 포함된 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 과정; 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 과정; 및 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 과정을 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the step of determining whether the target is the actual target may include applying a CFAR algorithm based on a first output value output from the first mux by a CFAR and a peak detection unit included in the post-processing unit. Calculating an adaptive threshold value by calculating an average of some of the first output values; Comparing the first output value and the calculated adaptive threshold value by the CFAR and the peak detector; And as a result of the comparison, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, the CFAR and the peak detector determine it as a frequency component, and the calculated distance to the fixed target and the distance to the moving target. And outputting the speed of the moving target.

본 발명과 관련된 일 예로서 상기 CFAR 알고리즘은, CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the CFAR algorithm may include any one of a CA CFAR algorithm, an SO CFAR algorithm, and a GO CFAR algorithm.

본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치는 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부; 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하고, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 DC 제거부; 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부; 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서; 상기 FFT에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서; 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스; 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 순차적으로 저장하도록 2D 메모리부를 제어하는 메모리 컨트롤러; 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스; 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 MTI 프로세서; 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 I-MTI 프로세서; 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서; 및 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 CFAR 및 첨두 검출부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a multimode radar signal processing apparatus for detecting a UAV includes: an ADC unit that performs a sampling function on a received signal and outputs a sampled bit frequency signal; When the sampled bit frequency signal is temporarily stored in a buffer, and the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number, an average is calculated for the preset number of temporarily stored data, and the preset number of A DC removal unit that calculates a difference value between the temporarily stored data and the calculated average, and outputs a plurality of difference values corresponding to the calculated predetermined number; A hamming window unit that performs a multiplication operation between a preset weight and the calculated difference values, and outputs a result of the multiplication operation as a preprocessed output value according to the execution of a preprocessing function; An FFT processor for calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value; In the FMCW radar calculated by the FFT, the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table are multiplied in the frequency domain, and the result of returning to the time domain is returned to the target distance information in the PD radar. I-FFT processor to output to; According to the distance to the target calculated based on the received signal and the transmitted signal, the output value of the FFT processor, which is the output result of the FMCW radar, or the output value of the I-FFT processor, which is the output result of the PD radar, is selected and output as a first output value. The first mux to do; A memory controller configured to control a 2D memory unit to sequentially store first output values output from the first mux; A second mux for outputting data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value; An MTI processor for calculating a distance to the moving target by removing a fixed target component from a first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm; An I-MTI processor for calculating a distance to a fixed target by removing a moving target component from a first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm; A Doppler FFT processor that calculates a velocity of a moving target based on a second output value output from the second mux; And calculating an average of some of the first output values by applying a CFAR algorithm based on the first output value output from the first mux, calculating an adaptive threshold value, and calculating the first output value and the calculated adaptive threshold. Values are compared, and as a result of the comparison, when the first output value is larger than the calculated adaptive threshold value, it is determined as a frequency component, and the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the moving target It may include a CFAR outputting speed and a peak detection unit.

본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법은 ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계; DC 제거부에 의해, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 단계; 상기 DC 제거부에 의해, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 단계; 상기 DC 제거부에 의해, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 단계; 해밍 윈도부에 의해, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 단계; FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계; I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계; 제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계; 메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계; 제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계; MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 단계; I-MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 단계; 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계; CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 단계; 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a multimode radar signal processing method for detecting a UAV includes the steps of: outputting a sampled bit frequency signal by performing a sampling function on a received signal by an ADC unit; Temporarily storing the sampled beat frequency signal in a buffer by a DC removal unit; Calculating an average of the preset number of temporarily stored data when the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number, by the DC removal unit; Calculating, by the DC removing unit, a difference value between the predetermined number of temporarily stored data and the calculated average, and outputting a plurality of difference values corresponding to the calculated predetermined number; Performing, by a Hamming window unit, a multiplication operation between a preset weight and a plurality of calculated difference values, and outputting a result of the multiplication operation as a preprocessed output value according to execution of a preprocessing function; Calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value, by an FFT processor; In the FMCW radar calculated by the FFT, the I-FFT processor performs a multiplication operation on the distance information to the target and the transmission data stored in the reference lookup table in the frequency domain, and returns the result back to the time domain in the PD radar. Outputting the distance information from the target to the target; By the first mux, the output value of the FFT processor, which is an output result of the FMCW radar or the output value of the I-FFT processor, is selected according to the distance between the target calculated based on the received signal and the transmitted signal. Outputting a first output value; Sequentially storing, by a memory controller, a first output value output from the first mux in a 2D memory unit; Outputting, by a second mux, data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value; Calculating a distance to the moving target by removing a fixed target component from the first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm, by an MTI processor; Calculating a distance to a fixed target by removing a moving target component from the first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm, by an I-MTI processor; Calculating, by a Doppler FFT processor, a speed of a moving target based on a second output value output from the second mux; Calculating an adaptive threshold value by calculating an average of some of the first output values by applying a CFAR algorithm based on the first output value output from the first mux by a CFAR and a peak detection unit; Comparing the first output value with the calculated adaptive threshold value by the CFAR and the peak detector; And as a result of the comparison, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, the CFAR and the peak detector determine it as a frequency component, and the calculated distance to the fixed target and the distance to the moving target. And outputting the speed of the moving target.

본 발명은 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원함으로써, 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있는 효과가 있다.The present invention supports both a PD radar signal processing processor and an FMCW radar signal processing processor in a single hardware, so that it is possible to detect both a target located at a long distance and a target located at a short distance.

또한, 본 발명은 PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유함으로써, 전체 시스템 운용 효율을 향상시키고, 저복잡도로 설계를 할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of improving overall system operation efficiency and enabling design with low complexity by sharing a signal processing processor and a memory commonly required in PD radar and FMCW radar.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PD 레이더의 송수신 신호의 예를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 FFT 프로세서의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 CFAR 및 첨두 검출부의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등속도로 이동하는 표적들이 다중모드 레이더 신호 처리 장치에 의해 탐지된 거리-속도 맵을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치에 대한 FPGA 플랫폼 기반 검증 환경의 예를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a multimode radar signal processing apparatus for detecting a UAV according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an example of a transmission/reception signal of a PD radar according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing an example of a hardware structure of an FFT processor according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing an example of a hardware structure of the CFAR and peak detection unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a distance-speed map in which targets moving at a constant speed are detected by a multimode radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example of an FPGA platform-based verification environment for a multimode radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of processing a multimode radar signal for detection of a UAV according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It should be noted that the technical terms used in the present invention are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In addition, the technical terms used in the present invention should be interpreted as generally understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs, unless otherwise defined in the present invention, and is excessively comprehensive. It should not be construed as a human meaning or an excessively reduced meaning. In addition, when a technical term used in the present invention is an incorrect technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be replaced with a technical term that can be correctly understood by those skilled in the art. In addition, general terms used in the present invention should be interpreted as defined in the dictionary or according to the context before and after, and should not be interpreted as an excessively reduced meaning.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 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.In addition, the singular expression used in the present invention includes a plurality of expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present invention, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the invention, and some components or some steps may not be included. It should be construed that it may or may further include additional components or steps.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.In addition, terms including ordinal numbers such as first and second used in the present invention may be used to describe the constituent elements, but the constituent elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. In addition, it should be noted that the accompanying drawings are only for easily understanding the spirit of the present invention and should not be construed as limiting the spirit of the present invention by the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a multimode radar signal processing apparatus 10 for detecting a UAV according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 ADC부(100), 전처리부(200), FFT 프로세서(300), 참조 룩업테이블(400), I-FFT 프로세서(500), 제 1 먹스(600), 2D 메모리부(700), 메모리 컨트롤러(800), 제 2 먹스(900) 및 후처리부(1000)로 구성된다. 도 1에 도시된 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)가 구현될 수도 있다.As shown in FIG. 1, the multimode radar signal processing apparatus 10 for unmanned aerial vehicle detection includes an ADC unit 100, a preprocessor 200, an FFT processor 300, a reference lookup table 400, and an I-FFT. It is composed of a processor 500, a first mux 600, a 2D memory unit 700, a memory controller 800, a second mux 900, and a post-processing unit 1000. Not all components of the multimode radar signal processing apparatus 10 shown in FIG. 1 are essential components, and the multimode radar signal processing apparatus 10 is implemented by more components than those shown in FIG. 1 Alternatively, the multimode radar signal processing apparatus 10 may be implemented with fewer components.

상기 ADC부(Analog-Digital Converter)(100)는 수신부(미도시)를 통해 수신된 수신 신호에 대해 표본화(또는 샘플링) 기능을 수행하여, 상기 수신 신호에 대한 표본화된(또는 샘플링된) 비트 주파수 신호를 출력한다.The ADC unit (Analog-Digital Converter) 100 performs a sampling (or sampling) function on a received signal received through a receiving unit (not shown), and the sampled (or sampled) bit frequency for the received signal. Output the signal.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 위상정합처리구간(CPI: coherent processing interval) 동안 송신 신호(또는 레이더 신호)는 일정한 주기(PRI: pulse repetition interval)로 안테나(미도시)를 통해 짧은 펄스(τ)가 전송(또는 방사)되고, 표적으로부터 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)는 최대 탐지 거리 기준에 따라 다음 펄스 송신 전까지 상기 수신부를 통해 수신되며, 상기 ADC부(100)는 상기 수신된 수신 신호에 대해서 표본화 기능을 수행하여, 표본화된 비트 주파수 신호를 출력한다.That is, as shown in FIG. 2, a transmission signal (or radar signal) during a phase matching processing interval (CPI: coherent processing interval) is a short pulse (not shown) through an antenna (not shown) at a constant period (PRI: pulse repetition interval). τ) is transmitted (or radiated), and the signal reflected from the target (or the received signal) is received through the receiving unit until the next pulse is transmitted according to the maximum detection distance standard, and the ADC unit 100 receives the received signal. Performs a sampling function on the signal and outputs a sampled beat frequency signal.

상기 전처리부(preprocessing unit)(200)는 상기 수신 신호에 포함된 표적의 검출 성능을 높이기 위해서 상기 ADC부(100)의 출력인 표본화된 비트 주파수 신호(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)에 대한 전처리 기능을 수행한다.The preprocessing unit 200 includes a sampled bit frequency signal (or output data of the ADC unit 100) that is an output of the ADC unit 100 in order to improve the detection performance of a target included in the received signal. Performs the preprocessing function for

또한, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전처리부(200)는 DC 제거부(210), 버퍼(220) 및 해밍 윈도부(230)로 구성된다.In addition, as shown in FIG. 1, the preprocessor 200 includes a DC removal unit 210, a buffer 220, and a hamming window unit 230.

상기 DC 제거부(DC Removal)(210)는 표적에 의해 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)의 DC 오프셋(offset)을 제거하기 위해서, 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력인 상기 표본화된 비트 주파수 신호)를 버퍼(220)에 임시 저장한다.The DC removal unit 210 removes the DC offset of the signal (or the received signal) reflected by the target, the output data of the ADC unit 100 (or the ADC unit ( The sampled beat frequency signal, which is the output of 100), is temporarily stored in the buffer 220.

또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장된 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터에 대해서 평균을 산출한다.In addition, the DC removal unit 210 calculates an average of the output data of the ADC unit 100 of a preset number (for example, 1024 pieces) temporarily stored in the buffer 220.

즉, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장되는 데이터의 개수가 상기 미리 설정된 개수(또는 미리 설정된 한 첩)가 되면 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출한다.That is, the DC removal unit 210 calculates an average of the preset number of temporarily stored data when the number of data temporarily stored in the buffer 220 becomes the preset number (or a preset number). .

또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 미리 설정된 개수의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터)와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력한다.Further, the DC removal unit 210 calculates a difference value between the preset number of output data (or the preset number of temporarily stored data) of the ADC unit 100 and the calculated average, respectively, and the calculation A plurality of difference values corresponding to the preset number are output.

이와 같이, 상기 DC 제거부(210)는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터와 한 첩에 대한 평균값의 차이를 계산하여 출력하는 것으로, 상기 DC 제거부(210)의 입력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)는 한 첩 개수 크기의 상기 버퍼(220)에 저장한 뒤, 평균을 산출하고, 상기 입력 데이터와 상기 평균 간의 뺄셈 연산을 수행하여, 그 차이값을 출력한다.In this way, the DC removal unit 210 calculates and outputs the difference between the output data of the ADC unit 100 and the average value of one pup, and the input data of the DC removal unit 210 (or the ADC unit The output data of (100)) is stored in the buffer 220 having the size of a pup, calculates an average, and performs a subtraction operation between the input data and the average, and outputs the difference value.

상기 버퍼(220)는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터를 상기 미리 설정된 개수 단위(또는 첩 단위)로 저장한다.The buffer 220 stores the output data of the ADC unit 100 in the preset number unit (or chirp unit).

예를 들어, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼(220)는 24×1024 형태로 구성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the buffer 220 may be configured in a 24×1024 shape.

또한, 상기 해밍 윈도부(Hamming Window)(230)는 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호(side lobe signal)의 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치(또는 미리 설정된 위치별 파라미터)와 상기 산출된 복수의 차이값(또는 상기 DC 제거부(210)로부터 출력되는 복수의 차이값) 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 출력한다.In addition, in order to reduce the size of a side lobe signal generated by performing the FFT function, the Hamming window 230 includes a preset weight (or preset position-specific parameter) and the calculated A multiplication operation between a plurality of difference values (or a plurality of difference values output from the DC removal unit 210) is performed, and a result of the multiplication operation is output.

즉, 상기 해밍 윈도부(230)는 상기 DC 제거부(210)에 의해 DC 오프셋이 제거된 한 첩의 신호에 대해 미리 설정된 해밍 윈도 파라미터와 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값/상기 전처리 기능 수행에 따른 출력값)으로 출력한다.That is, the Hamming window unit 230 performs a pre-set Hamming window parameter and a multiplication operation on the signal of the DC offset from which the DC offset has been removed by the DC removal unit 210, and preprocesses the result of the multiplication operation. Output as an output value of the unit 200 (or an output value of the Hamming window unit 230 / an output value according to the execution of the preprocessing function).

상기 FFT 프로세서(Fast Fourier Transform Processor)(300)는 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값)을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보(또는 FMCW 레이더의 출력 결과)를 산출한다.The FFT processor (Fast Fourier Transform Processor) 300 performs a multiplication operation in the frequency domain based on the output value of the preprocessing unit 200 (or the output value of the Hamming window unit 230) to match the target in the FMCW radar. Calculate distance information (or output result of FMCW radar).

즉, 상기 FFT 프로세서(300)는 다음의 [수학식 1]을 이용하여 상기 주파수 영역에서 곱셈연산을 통해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출한다.That is, the FFT processor 300 calculates distance information from the FMCW radar to the target through the multiplication operation in the frequency domain using the following [Equation 1].

Figure 112019028982609-pat00009
Figure 112019028982609-pat00009

여기서, 상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낸다.Here, R1 denotes the distance to the target by the FMCW radar, B denotes the bandwidth, T denotes the time of one lap, and c denotes the propagation speed of the signal.

또한, 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값은 FMCW 거리 정보를 선택적으로 출력하는 상기 제 1 먹스(600)의 입력과 펄스 압축 기법을 위한 상기 I-FFT 프로세서(500)의 입력으로 각각 제공(또는 분리)된다. 이때, 상기 FMCW 거리 정보는 상기 FMCW 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 나타낸다.In addition, the output value of the FFT processor 300 is provided as an input of the first mux 600 for selectively outputting FMCW distance information and an input of the I-FFT processor 500 for a pulse compression technique (or separated) )do. In this case, the FMCW distance information indicates distance information from the target in the FMCW radar.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 FFT 프로세서(300)의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.3 is a diagram showing an example of a hardware structure of an FFT processor 300 according to an embodiment of the present invention.

FFT의 알고리즘에는 radix-2와 radix-4 알고리즘이 일반적으로 사용되고 있으며, radix-4는 radix-2보다 수율 측면에서 우수하지만 상대적으로 버터플라이 연산의 구조가 복잡해지기 때문에 높은 radix 알고리즘의 복잡도를 줄이기 위해서 radix-22와 radix-23 알고리즘이 제안되었다. 상기 radix-22 알고리즘은 radix-2 알고리즘과 동일한 버터플라이 연산 구조를 가지고 radix-4와 같은 수의 복소수 승산을 가진다. 상기 radix-23 알고리즘은 3개의 radix-2 버터플라이 연산자를 이용하여 비단순 승산을 단순 승산으로 구현해 상기 radix-22 알고리즘보다 복소수 승산을 줄일 수 있다.In the FFT algorithm, radix-2 and radix-4 algorithms are generally used, and radix-4 is superior to radix-2 in terms of yield, but since the structure of the butterfly operation is relatively complicated, in order to reduce the complexity of the high radix algorithm. The radix-2 2 and radix-2 3 algorithms have been proposed. The radix-2 2 algorithm has the same butterfly operation structure as the radix-2 algorithm and has the same number of complex multiplication as radix-4. The radix-2 3 algorithm can reduce complex multiplication compared to the radix-2 2 algorithm by implementing non-simple multiplication as a simple multiplication using three radix-2 butterfly operators.

또한, 상기 FFT 프로세서(300)의 하드웨어 구조로는 복잡도와 수율의 교환 관계를 적절히 만족시키는 파이프라인 방식이 주로 사용되며, 상기 FFT 프로세서(300)의 파이프라인 구조는 크게 SDF(Single-path Delay Feedback)와 MDC(Multi-path Delay Commutator) 구조로 구성된다.In addition, as the hardware structure of the FFT processor 300, a pipeline method that satisfies the exchange relationship between complexity and yield is mainly used, and the pipeline structure of the FFT processor 300 is largely SDF (Single-path Delay Feedback). ) And MDC (Multi-path Delay Commutator) structure.

특히, 상기 SDF 파이프라인 구조는 단일 경로에서 복잡도가 가장 큰 비단순 승산을 최소화하는 특징으로 인해 널리 사용되고 있다.Particularly, the SDF pipeline structure is widely used due to its feature of minimizing non-simple multiplication, which has the greatest complexity in a single path.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)에서 사용되는 상기 FFT 프로세서(300), 상기 IFFT 프로세서(500) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 모두 동일한 SDF 파이프라인 구조로 설계할 수 있다.Accordingly, the FFT processor 300, the IFFT processor 500, and the Doppler FFT processor 1030 used in the multimode radar signal processing apparatus 10 according to the embodiment of the present invention all have the same SDF pipeline structure. Can be designed as

상기 참조 룩업테이블(Reference LookUp Table)(400)은 상기 안테나를 통해 송신(또는 방사)되는 송신 신호를 저장한다. 이때, 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장되는 송신 신호는 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환된 신호 정보일 수 있다.The reference lookup table 400 stores a transmission signal transmitted (or radiated) through the antenna. In this case, the transmission signal stored in the reference lookup table 400 may be signal information converted from a frequency domain to a time domain.

상기 I-FFT 프로세서(Inverse-Fast Fourier Transform Processor)(500)는 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값과 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장된 송신 데이터(또는 송신 신호 정보)를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과(또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값/PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보/PD 거리 정보)를 출력한다.The I-FFT processor (Inverse-Fast Fourier Transform Processor) 500 multiplies the output value of the FFT processor 300 and the transmission data (or transmission signal information) stored in the reference lookup table 400 in a frequency domain. After execution, the result of returning to the time domain (or the output value of the I-FFT processor 500/distance information from the target in the PD radar/PD distance information) is output.

즉, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 PD 레이더에서 거리 해상도가 향상된 표적과의 거리 정보를 얻기 위해 펄스 압축 기법(pulse compression method)을 수행해야 한다. 이때, 상기 펄스 압축 기법은 다음의 [수학식 2]에서의 콘볼루션 기반의 연산으로, 곱셈 연산을 펄스 크기만큼 모든 거리 빈(range bin)에 대해 적용한 뒤, 덧셈 연산을 수행하기 때문에 상당한 연산량을 가지게 된다. 상기 I-FFT 프로세서(500)는 이 연산량을 줄이기 위하여 시간 영역에서의 콘볼루션 연산이 주파수 영역에서의 곱셈 연산과 동일한 특징을 이용해서, 다음의 [수학식 3]과 같이, 상기 FFT 프로세서(300)로부터 주파수 영역에서 곱셈 연산을 한 후, 다시 시간 영역으로 되돌려서 사용하는 방식을 이용한다.That is, the I-FFT processor 500 must perform a pulse compression method to obtain distance information from a target with improved distance resolution in a PD radar. At this time, the pulse compression technique is a convolution-based operation in the following [Equation 2]. Since the multiplication operation is applied to all range bins as much as the pulse size and then the addition operation is performed, a considerable amount of operation is required. Will have. The I-FFT processor 500 uses the same characteristics as the multiplication operation in the frequency domain for the convolution operation in the time domain to reduce the amount of computation, and the FFT processor 300 as shown in [Equation 3] below. ), the multiplication operation is performed in the frequency domain, and then returned to the time domain.

Figure 112019028982609-pat00010
Figure 112019028982609-pat00010

여기서, 상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 미리 설정된 개수(예를 들어 1024)에 대응하는 인덱스(index)를 나타낸다.Here, y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n Represents an index corresponding to a preset number (for example, 1024).

Figure 112019028982609-pat00011
Figure 112019028982609-pat00011

이와 같이, 펄스 압축 기법을 상기 [수학식 3]과 같은 연산으로 수행하게 되면, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수신된 신호(또는 상기 수신 신호)에 대한 상기 FFT 프로세서(300)를 FMCW 레이더의 레인지 FFT(range FFT) 프로세서와 서로 공유해서 사용할 수 있어 복잡도를 줄일 수 있다.In this way, if the pulse compression technique is performed by an operation such as [Equation 3], as shown in FIG. 1, the FFT processor 300 for the received signal (or the received signal) is FMCW It can be used in common with the radar's range FFT (range FFT) processor, reducing complexity.

또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 레벨값(또는 인덱스)에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출한다.In addition, the I-FFT processor 500 multiplies a level value (or index) representing a peak value among the calculated correlation calculations (y[n]) by a sampling time for the received signal to delay the transmission signal and the reception signal. Calculate the time (Δt).

또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 다음의 [수학식 4]에 의해 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 산출한다.In addition, the I-FFT processor 500 calculates the distance to the target by the PD radar according to the following [Equation 4].

Figure 112019028982609-pat00012
Figure 112019028982609-pat00012

여기서, 상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낸다.Here, R2 represents the distance to the target by the PD radar, Δt represents the delay time between the transmission signal and the reception signal, and c represents the propagation speed of the signal.

상기 제 1 먹스(MUX)(600)는 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 및 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 입력값으로 전달(또는 수신)받는다.The first MUX 600 transmits (or receives) the output value of the FFT processor 300, which is an output result of the FMCW radar, and the output value of the I-FFT processor 500, which is an output result of the PD radar. ) Receive.

또한, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 선택한다.In addition, the first mux 600 is the output value of the FFT processor 300, which is an output result of the FMCW radar, or the I, which is an output result of the PD radar, according to the distance between the target calculated based on the received signal and the transmission signal. -Select the output value of the FFT processor 500.

또한, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 선택된 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 제 1 출력값(또는 상기 제 1 먹스(600)의 출력값)으로 출력한다.In addition, the first mux 600 outputs the selected output value of the FFT processor 300 or the output value of the I-FFT processor 500 as a first output value (or an output value of the first mux 600). .

이때, 상기 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 1]에 의해 산출된 상태이며, 상기 PD 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 4]에 의해 산출된 상태일 수 있다.At this time, the distance to the target by the FMCW radar may be a state calculated by [Equation 1], and the distance to the target by the PD radar may be a state calculated by [Equation 4].

상기 2D 메모리부(700)는 미리 설정된 개수(또는 미리 설정된 첩)(예를 들어 1024개)에 대응하는 매트릭스 형태로 구성한다.The 2D memory unit 700 is configured in a matrix form corresponding to a preset number (or preset chirps) (for example, 1024 pieces).

예를 들어, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 2D 메모리부(700)는 N×M 형태의 구조로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 N과 상기 M은 자연수일 수 있다.For example, as shown in FIG. 1, the 2D memory unit 700 may be formed in an N×M shape. Here, N and M may be natural numbers.

또한, 상기 2D 메모리부(700)는 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값(예를 들어 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 I-FFT 프로세서(500)의 출력값)을 순차적으로 저장한다. 이때, 상기 2D 메모리부(700)의 가로축은 PRI에 대응하며, 세로축은 펄스 수에 대응할 수 있다.In addition, the 2D memory unit 700 is a first output value (for example, an output value of the FFT processor 300 or the I-FFT processor 500) output from the first mux 600 under the control of the memory controller 800. ) Output values) are stored sequentially. In this case, the horizontal axis of the 2D memory unit 700 corresponds to PRI, and the vertical axis may correspond to the number of pulses.

상기 메모리 컨트롤러(Memory Controller)(800)는 상기 2D 메모리부(700)에 저장되는 데이터의 저장 위치, 상기 2D 메모리부(700)에 저장된 데이터 중에서 불러올 데이터(또는 읽을 데이터) 등을 관리한다.The memory controller 800 manages a storage location of data stored in the 2D memory unit 700 and data to be loaded (or read data) from among data stored in the 2D memory unit 700.

즉, 상기 메모리 컨트롤러(800)는 상기 2D 메모리부(700)에 저장되는 데이터에 대한 읽기 기능 및/또는 쓰기 기능에 대한 관리 기능을 수행한다.That is, the memory controller 800 performs a read function for data stored in the 2D memory unit 700 and/or a management function for a write function.

상기 제 2 먹스(900)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 2D 메모리부(700)에 순차 저장된 데이터(또는 출력값) 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값(또는 상기 제 2 먹스(900)의 출력값)으로 출력한다.The second mux 900 receives data having the same distance bin index among data (or output values) sequentially stored in the 2D memory unit 700 under the control of the memory controller 800 as a second output value (or the second output value). Output value of the mux 900).

상기 후처리부(Post Processing)(1000)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 산출한다.The post processing unit 1000 is based on a first output value output from the first mux 600 and a second output value output from the second mux 900, the distance between the fixed target and the moving target It calculates the distance to the target and the speed of a moving target.

또한, 상기 후처리부(1000)는 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 출력한다.In addition, the post-processing unit 1000 determines whether the target is an actual target from clutter and noise, and outputs the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target in the case of a target.

또한, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 후처리부(1000)는 MTI 프로세서(1010), I-MTI 프로세서(1020), 도플러 FFT 프로세서(1030) 및 CFAR 및 첨두 검출부(1040)로 구성된다.In addition, as shown in FIG. 1, the post-processing unit 1000 includes an MTI processor 1010, an I-MTI processor 1020, a Doppler FFT processor 1030, and a CFAR and peak detection unit 1040.

상기 MTI 프로세서(moving target indicator processor)(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 움직이는 표적과의 거리를 산출한다.The MTI processor (moving target indicator processor) 1010 calculates a distance to a moving target based on a first output value output from the first mux 600.

즉, 상기 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거(또는 필터링)하여 움직이는 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.That is, the MTI processor 1010 removes (or filters) a fixed target component from the first output value output from the first mux 600 to calculate a component of the moving target (eg, including distance).

상기 I-MTI 프로세서(inverse-moving target indicator processor)(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리를 산출한다.The I-MTI processor (inverse-moving target indicator processor) 1020 calculates a distance to a fixed target based on a first output value output from the first mux 600.

즉, 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.That is, the I-MTI processor 1020 calculates a component of a fixed target (eg, including distance) by removing a moving target component from the first output value output from the first mux 600.

이때, 상기 MTI 프로세서(1010)와 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 복잡도를 줄이기 위해서 재귀(recursive) 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출한다.At this time, the MTI processor 1010 and the I-MTI processor 1020 each calculate a component of a moving target and a component of a fixed target by applying a recursive algorithm to reduce complexity.

상기 도플러 FFT 프로세서(Doppler FFT Processor)(1030)는 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출한다.The Doppler FFT processor 1030 calculates the speed of the moving target based on a second output value output from the second mux 900.

또한, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 도플러 주파수 성분을 구하는 신호 처리 방식인 도플러 필터링(doppler filtering)을 이용하며, 상기 도플러 주파수 성분은 CPI 동안 표적으로부터 반사되어 수신된 신호가 존재하는 동일한 거리 빈들의 데이터의 위상 성분으로 표현되므로, FFT 연산을 통해 도플러 주파수를 산출한다.In addition, the Doppler FFT processor 1030 uses Doppler filtering, which is a signal processing method to obtain a Doppler frequency component, and the Doppler frequency component is reflected from the target during CPI and the same distance bins in which the received signal exists. Since it is expressed as a phase component of the data, the Doppler frequency is calculated through FFT operation.

즉, 상기 도플러 주파수는 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적한 후, 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 통해 구할 수 있으며, 거리빈 개수 * 펄스 개수의 2D 메모리가 요구된다.That is, the Doppler frequency can be obtained by accumulating the data of the distance bin of one PRI by the product of the distance bin and the number of pulses, and then obtaining the accumulated distance bin data through FFT operation. Is required.

또한, 도플러 성분을 구하고 나면, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 다음의 [수학식 5]를 이용해서 중심 주파수(f0)와 도플러 주파수(fd)로부터 움직이는 표적의 속도(V)를 산출할 수 있다.In addition, after obtaining the Doppler component, the Doppler FFT processor 1030 can calculate the velocity (V) of the moving target from the center frequency (f 0 ) and the Doppler frequency (f d ) using the following [Equation 5]. I can.

Figure 112019028982609-pat00013
Figure 112019028982609-pat00013

이와 같이, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 PD 레이더와 동일하게 각 첩의 FFT 프로세싱 결과의 동일 인덱스에 대한 FFT 프로세싱을 수행하여 상기 도플러 주파수 성분을 구하고, FMCW 레이더도 한 첩의 FFT 포인트 수에 해당하는 메모리가 송신한 첩 개수만큼 필요하기 때문에 2D 메모리를 사용해야 표적의 도플러 성분 획득이 가능하다.In this way, the Doppler FFT processor 1030 calculates the Doppler frequency component by performing FFT processing on the same index of the FFT processing result of each chirp in the same manner as the PD radar, and the FMCW radar also corresponds to the number of FFT points in a chirp. Since the memory required is as much as the number of chirps transmitted, it is possible to obtain the Doppler component of the target only by using 2D memory.

상기 CFAR 및 첨두 검출부(CFAR & Peak Detection)(1040)는 최종 표적 여부를 판단하기 위해서, 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘(constant false alarm rate algorithm)을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값(threshold)을 산출한다. 이때, 상기 CFAR 알고리즘은 CA CFAR(cell averaging CFAR) 알고리즘, SO CFAR(smallest of CFAR) 알고리즘, GO CFAR(greatest of CFAR) 알고리즘 등을 사용할 수 있다.The CFAR and peak detection unit (CFAR & Peak Detection) 1040 applies a CFAR algorithm (constant false alarm rate algorithm) based on the first output value output from the first mux 600 to determine whether or not the target is the final target. Thus, an average of some of the first output values is calculated to calculate an adaptive threshold. In this case, the CFAR algorithm may use a CA cell averaging CFAR (CFAR) algorithm, a smallest of CFAR (SO CFAR) algorithm, and a GO greater of CFAR (CFAR) algorithm.

또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하여, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 큰 경우, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov, 거리), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다.In addition, the CFAR and peak detection unit 1040 compares the first output value with the calculated adaptive threshold value, and when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, determines that it is a frequency component. MTI processor 1010, the I-MTI processor 1020, and the moving target component (Rmov, distance) calculated by the Doppler FFT processor 1030, respectively, the component of the fixed target (Rsta) and the speed of the moving target Each (Vmov) is output.

또한, 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 작거나 같은 경우, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 오류 정보를 출력한다.Further, as a result of the comparison, when the first output value is less than or equal to the calculated adaptive threshold value, the CFAR and peak detection unit 1040 outputs error information.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.4 is a diagram showing an example of a hardware structure of the CFAR and peak detection unit 1040 according to an embodiment of the present invention.

상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 테스트 셀(test cell: T)을 중심으로 주변의 참조 셀(reference cell)의 평균값을 이용하여 문턱값 레벨을 설정해, 상기 테스트 셀과 상기 문턱값을 비교하는 방식이다. 여기서, 가운데 중심에 있는 레지스터(register)를 테스트 셀이라 하며, 좌우 각각의 레지스터는 가드 셀(guard cell: G)로써, 상기 FFT 프로세서(300) 이후 표적의 첨두 값(peak value)에 대한 인덱스를 기준으로 좌우 값들은 첨두 값과 유사한 크기로, 문턱값을 구할 때 평균에서 제외한다. 또한, 나머지 좌우 각각의 레지스터들은 참조 셀로써, 평균으로부터 문턱값을 구하기 위해 사용된다.The CFAR and peak detection unit 1040 sets a threshold level using an average value of a reference cell around a test cell (T), and compares the test cell with the threshold value. to be. Here, the register in the center of the center is called a test cell, and each of the left and right registers is a guard cell (G), and the index for the peak value of the target after the FFT processor 300 is determined. As a standard, the left and right values have a size similar to the peak value, and are excluded from the average when calculating the threshold value. In addition, the remaining left and right registers are reference cells and are used to obtain a threshold value from the average.

또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 평균 연산 이후, 상기 문턱값의 크기 조정을 위해서 시프트 및 가산(shift & adder) 연산을 수행하여 최종 문턱값을 결정한다.In addition, after the average operation, the CFAR and peak detection unit 1040 determines a final threshold value by performing shift and adder operations to adjust the size of the threshold value.

또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 테스트 셀을 상기 문턱값과 비교하여, 상기 테스트 셀이 상기 문턱값보다 큰 경우에만 표적이라 판단하여 해당 인덱스를 저장하고, 해당 인덱스와 관련하여 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov, 거리), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다.In addition, the CFAR and peak detection unit 1040 compares the test cell with the threshold value, determines that the test cell is a target only when it is greater than the threshold value, stores the corresponding index, and stores the MTI in relation to the corresponding index. The component of the moving target (Rmov, distance), the component of the fixed target (Rsta) and the speed of the moving target calculated by the processor 1010, the I-MTI processor 1020, and the Doppler FFT processor 1030, respectively ( Vmov) respectively.

본 발명의 실시예에서는 단일 표적 위주로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 다중 표적에 대해서도 적용할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the description is focused on a single target, but the present invention is not limited thereto, and the multimode radar signal processing apparatus 10 can be applied to multiple targets.

최근 무인기는 군수 분야를 넘어 민간 분야에 적용되어 다양한 환경 속에서 운용되고 있다. 상기 PD 레이더는 장거리에 위치한 표적 검출에 용이한 장점이 있으며, 상기 FMCW 레이더는 단거리에 위치한 표적 검출에 적합한 특성을 지니고 있으며, 여러 환경에서 운용되고 있는 무인기의 탐지 성능을 높이기 위해, 상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 PD 레이더 파형과 FMCW 레이더 파형을, 그리고 각 레이더의 신호처리 방식을 모두 지원할 수 있도록 구성(예를 들어 MATLAB)하였다.Recently, UAVs have been applied to the private sector beyond the military sector and are being operated in various environments. The PD radar has the advantage of being easy to detect targets located at a long distance, and the FMCW radar has characteristics suitable for detecting targets located at a short distance, and in order to improve the detection performance of UAVs operating in various environments, the multimode radar The signal processing device 10 is configured (for example, MATLAB) to support both the PD radar waveform and the FMCW radar waveform, and the signal processing method of each radar.

[표 1]은 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 파라미터의 예를 나타낸다.[Table 1] shows an example of parameters of the multimode radar signal processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

파라미터parameter FMCWFMCW PDPD Center frequency(GHz)Center frequency(GHz) 2424 Bandwidth(MHz)Bandwidth(MHz) 250250 6464 Sampling Frequency(MHz)Sampling Frequency(MHz) 1616 256256 △R(m)△R(m) 0.60.6 2.342.34 Rmax(m)Rmax(m) 154154 600600

즉, 24GHz 대역에서 PD 레이더는 64MHz의 대역폭, 256MHz의 샘플링 주파수를 사용하였으며, 이에 따라 거리 해상도는 2.34m, 최대 탐지거리는 600m로 지정하였다.That is, in the 24 GHz band, the PD radar used a bandwidth of 64 MHz and a sampling frequency of 256 MHz, and accordingly, the distance resolution was 2.34 m and the maximum detection distance was 600 m.

반면, FMCW 레이더는 24GHZ 대역에서 250MHz의 대역폭, 16MHz의 샘플링 주파수를 사용하였으며, 이에 따라 거리 해상도는 0.6m, 최대 탐지거리는 154m로 지정하였다.On the other hand, the FMCW radar used a bandwidth of 250MHz and a sampling frequency of 16MHz in the 24GHZ band, and accordingly, the distance resolution was set to 0.6m and the maximum detection distance was set to 154m.

상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 PD 레이더와 FMCW 레이더의 최대 탐지 거리를 기준으로 동작모드가 결정이 된다.The multi-mode radar signal processing apparatus 10 determines an operation mode based on the maximum detection distance of the PD radar and the FMCW radar.

즉, FMCW 레이더의 최대 탐지 거리인 154m를 기준으로 표적이 154m 이상 ~ PD 레이더의 최대 탐지 거리인 600m 이하에 위치했을 경우 PD 레이더가 동작을 하며, 표적의 위치가 154m 이내에 있을 경우 FMCW 레이더가 동작하여 표적을 탐지할 수 있다.In other words, if the target is more than 154m to less than 600m, which is the maximum detection distance of PD radar, based on the maximum detection distance of 154m of the FMCW radar, the PD radar operates, and if the target is within 154m, the FMCW radar operates. So that the target can be detected.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등속도로 이동하는 표적들이 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)에 의해 탐지된 거리-속도 맵을 나타낸 도이다.5 is a diagram showing a distance-speed map in which targets moving at a constant speed are detected by the multimode radar signal processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

상기 도 5에 도시된 타깃 1(target 1)은 레이더로부터 200m의 위치에서 40m/s의 속도로 이동하는 상황을 가정하였고, 타깃 2는 170m의 위치에서 15m/s의 속도로 이동하는 상황을 가정하였고, 타깃 3은 80m의 위치에서 -10m/s의 속도로 이동하는 상황을 가정하였다.Target 1 shown in FIG. 5 is assumed to move at a speed of 40 m/s at a position of 200 m from the radar, and target 2 is assumed to move at a speed of 15 m/s at a position of 170 m. In addition, target 3 was assumed to move at a speed of -10m/s at a position of 80m.

상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 거리-속도 맵으로부터 탐지된 타깃 1과 타깃 2는 레이더로부터 154m 이상에 위치하므로 PD 레이더에 의해 측정된 반면, 154m 이내에 있는 타깃 3은 FMCW 레이더에 의해 측정됨을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, target 1 and target 2 detected from the distance-speed map are measured by PD radar because they are located at 154m or more from the radar, whereas target 3 within 154m is measured by FMCW radar. I can confirm.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)에 대한 FPGA(Field Programmable Gate Array) 플랫폼 기반 검증 환경의 예를 나타낸 도이다.6 is a diagram illustrating an example of a verification environment based on a field programmable gate array (FPGA) platform for the multimode radar signal processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

즉, 상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 verilog-HDL을 이용하여 RTL(register-transfer level) 설계 후, Altera Cyclone-IV FPGA 디바이스를 사용해서 설계 및 구현 검증하였다.That is, the multimode radar signal processing apparatus 10 was designed and implemented using an Altera Cyclone-IV FPGA device after designing a register-transfer level (RTL) using verilog-HDL.

[표 2]는 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 Cyclone IV FPGA 기반의 구현 결과를 나타낸다.[Table 2] shows the results of the Cyclone IV FPGA-based implementation of the multimode radar signal processing apparatus 10.

BlocksBlocks Logic elementsLogic elements RegisterRegister Memory(bits)Memory(bits) DC RemovalDC Removal 103103 7272 24,57624,576 Hamming WindowHamming Window 2,0392,039 4949 00 FFTFFT 4,9474,947 2,6182,618 00 IFFTIFFT 4,9474,947 2,6182,618 00 Doppler FFTDoppler FFT 4,9474,947 2,6182,618 00 CFARCFAR 2,6402,640 1,7841,784 00 2D Memory2D Memory 00 00 25,165,82425,165,824 Top BlockTop Block 19,62319,623 9,7599,759 25,190,40025,190,400

상기 [표 2]에 나타낸 바와 같이, 합성 결과, 19.623개의 로직 엘리먼트, 9,759개의 레지스터 및 25,190,400개의 메모리로 구현되는 것을 확인하였다.As shown in [Table 2], as a result of the synthesis, it was confirmed that 19.623 logic elements, 9,759 registers, and 25,190,400 memories were implemented.

[표 3]은 기존의 PD 레이더 신호처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호처리 프로세서를 동일한 디바이스를 사용하여 설계하였을 때 구현된 결과를 나타내고 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 기존의 PD 레이더 신호처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호처리 프로세서를 합한 로직 엘리먼트와 레지스터에 비해 각각 약 43%와 39%가 감소함을 확인하였다.[Table 3] shows the results implemented when a conventional PD radar signal processing processor and an FMCW radar signal processing processor are designed using the same device, and a multimode radar signal processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention Found that about 43% and 39% reduction, respectively, compared to logic elements and registers that combine the existing PD radar signal processing processor and FMCW radar signal processing processor.

Logic elementsLogic elements RegisterRegister Memory(bits)Memory(bits) FMCW+PD RSP ProcessorFMCW+PD RSP Processor 34,29934,299 19,62319,623 50,380,80050,380,800 Multi-mode RSP processorMulti-mode RSP processor 19,62319,623 9,7599,759 25,190,40025,190,400

이와 같이, 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원할 수 있다.As such, it is possible to support both the PD radar signal processing processor and the FMCW radar signal processing processor in a single hardware.

또한, 이와 같이, PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유할 수 있다.In addition, in this way, a signal processing processor and a memory commonly required in PD radar and FMCW radar can be shared with each other.

이하에서는, 본 발명에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법을 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of processing a multimode radar signal for detecting an unmanned aerial vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 7.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of processing a multimode radar signal for detection of a UAV according to an embodiment of the present invention.

먼저, ADC부(100)는 수신부(미도시)를 통해 수신된 수신 신호에 대해 표본화(또는 샘플링) 기능을 수행하여, 상기 수신 신호에 대한 표본화된(또는 샘플링된) 비트 주파수 신호를 출력한다.First, the ADC unit 100 performs a sampling (or sampling) function on a received signal received through a receiving unit (not shown), and outputs a sampled (or sampled) bit frequency signal for the received signal.

즉, 위상정합처리구간(CPI) 동안 송신 신호(또는 레이더 신호)는 일정한 주기(PRI)로 안테나(미도시)를 통해 짧은 펄스가 전송(또는 방사)되고, 표적으로부터 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)는 최대 탐지 거리 기준에 따라 다음 펄스 송신 전까지 상기 수신부를 통해 수신되며, 상기 ADC부(100)는 상기 수신된 수신 신호에 대해서 표본화 기능을 수행하여, 표본화된 비트 주파수 신호를 출력한다.That is, during the phase matching processing period (CPI), the transmission signal (or radar signal) is transmitted (or radiated) through an antenna (not shown) at a constant period (PRI), and a signal reflected from the target (or the reception Signal) is received through the receiving unit until the next pulse is transmitted according to the maximum detection distance criterion, and the ADC unit 100 performs a sampling function on the received received signal and outputs a sampled beat frequency signal.

일 예로, 상기 ADC부(100)는 상기 수신부를 통해 수신되는 표적으로부터 반사된 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여, 복수의 표본화된 비트 주파수 신호를 출력한다(S710).For example, the ADC unit 100 performs a sampling function on a signal reflected from a target received through the reception unit, and outputs a plurality of sampled bit frequency signals (S710).

이후, 전처리부(200)는 상기 수신 신호에 포함된 표적의 검출 성능을 높이기 위해서 상기 ADC부(100)의 출력인 표본화된 비트 주파수 신호(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)에 대한 전처리 기능을 수행한다.Thereafter, the preprocessor 200 preprocesses the sampled bit frequency signal (or the output data of the ADC unit 100) that is the output of the ADC unit 100 in order to improve the detection performance of the target included in the received signal. Functions.

즉, 상기 전처리부(200)에 포함된 DC 제거부(210)는 표적에 의해 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력인 상기 표본화된 비트 주파수 신호)를 버퍼(220)에 임시 저장한다.That is, the DC removal unit 210 included in the preprocessor 200 removes the DC offset of the signal (or the received signal) reflected by the target, the output data of the ADC unit 100 (or the The sampled bit frequency signal, which is the output of the ADC unit 100, is temporarily stored in the buffer 220.

또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장된 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터에 대해서 평균을 산출한다.In addition, the DC removal unit 210 calculates an average of the output data of the ADC unit 100 of a preset number (for example, 1024 pieces) temporarily stored in the buffer 220.

즉, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장되는 데이터의 개수가 상기 미리 설정된 개수(또는 미리 설정된 한 첩)가 되면 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출한다.That is, the DC removal unit 210 calculates an average of the preset number of temporarily stored data when the number of data temporarily stored in the buffer 220 becomes the preset number (or a preset number). .

또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 미리 설정된 개수의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터)와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력한다.Further, the DC removal unit 210 calculates a difference value between the preset number of output data (or the preset number of temporarily stored data) of the ADC unit 100 and the calculated average, respectively, and the calculation A plurality of difference values corresponding to the preset number are output.

이와 같이, 상기 DC 제거부(210)는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터와 한 첩에 대한 평균값의 차이를 계산하여 출력하는 것으로, 상기 DC 제거부(210)의 입력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)는 한 첩 개수 크기의 상기 버퍼(220)에 저장한 뒤, 평균을 산출하고, 상기 입력 데이터와 상기 평균 간의 뺄셈 연산을 수행하여, 그 차이값을 출력한다.In this way, the DC removal unit 210 calculates and outputs the difference between the output data of the ADC unit 100 and the average value of one pup, and the input data of the DC removal unit 210 (or the ADC unit The output data of (100)) is stored in the buffer 220 having the size of a pup, calculates an average, and performs a subtraction operation between the input data and the average, and outputs the difference value.

또한, 상기 전처리부(200)에 포함된 해밍 윈도부(230)는 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호(side lobe signal)의 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치(또는 미리 설정된 위치별 파라미터)와 상기 산출된 복수의 차이값(또는 상기 DC 제거부(210)로부터 출력되는 복수의 차이값) 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 출력한다.In addition, in order to reduce the size of a side lobe signal generated by performing the FFT function, the Hamming window unit 230 included in the preprocessor 200 has a preset weight (or a preset position-specific parameter). And a multiplication operation between the calculated difference values (or a plurality of difference values output from the DC removal unit 210) is performed, and a result of the multiplication operation is output.

즉, 상기 해밍 윈도부(230)는 상기 DC 제거부(210)에 의해 DC 오프셋이 제거된 한 첩의 신호에 대해 미리 설정된 해밍 윈도 파라미터와 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값/상기 전처리 기능 수행에 따른 출력값)으로 출력한다.That is, the Hamming window unit 230 performs a pre-set Hamming window parameter and a multiplication operation on the signal of the DC offset from which the DC offset has been removed by the DC removal unit 210, and preprocesses the result of the multiplication operation. Output as an output value of the unit 200 (or an output value of the Hamming window unit 230 / an output value according to the execution of the preprocessing function).

일 예로, 상기 DC 제거부(210)는 상기 수신부를 통해 수신되는 표적으로부터 반사된 신호에 포함된 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 ADC부(100)로부터 출력되는 복수의 표본화된 비트 주파수 신호를 상기 버퍼(220)에 임시 저장한다.For example, in order to remove the DC offset included in the signal reflected from the target received through the receiving unit, the DC removal unit 210 may generate the plurality of sampled bit frequency signals output from the ADC unit 100. Temporarily stored in the buffer 220.

또한, 상기 버퍼(220)에 임시 저장되는 복수의 표본화된 비트 주파수 신호의 개수가 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)에 해당할 때, 상기 DC 제거부(210)는 상기 1024개의 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 평균을 산출한다.In addition, when the number of sampled bit frequency signals temporarily stored in the buffer 220 corresponds to a preset number (for example, 1024), the DC removing unit 210 performs the 1024 sampled bits. Calculate the average for the frequency signal.

또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 1024개의 표본화된 비트 주파수 신호와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 1024개의 차이값을 출력한다.In addition, the DC removal unit 210 calculates a difference value between the 1024 sampled bit frequency signals and the calculated average, and outputs the calculated 1024 difference values.

또한, 상기 해밍 윈도부(230)는 상기 DC 제거부(210)로부터 출력되는 1024개의 차이값과 미리 설정된 1024개의 해밍 윈도 파라미터 간의 곱셈 연산을 각각 수행하여, 1024개의 곱셈 연산의 출력값을 출력한다(S720).In addition, the Hamming window unit 230 performs a multiplication operation between 1024 difference values output from the DC removal unit 210 and 1024 preset Hamming window parameters, and outputs 1024 multiplication operations ( S720).

이후, FFT 프로세서(300)는 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값)을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보(또는 FMCW 레이더의 출력 결과)를 산출한다.Thereafter, the FFT processor 300 performs a multiplication operation in the frequency domain based on the output value of the preprocessor 200 (or the output value of the Hamming window unit 230) to determine the distance information (or FMCW) from the FMCW radar. Radar output result) is calculated.

즉, 상기 FFT 프로세서(300)는 앞선 [수학식 1]을 이용하여 상기 주파수 영역에서 곱셈연산을 통해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출한다.That is, the FFT processor 300 calculates distance information from the FMCW radar to the target through the multiplication operation in the frequency domain using [Equation 1].

또한, 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값은 FMCW 거리 정보를 선택적으로 출력하는 제 1 먹스(600)의 입력과 펄스 압축 기법을 위한 I-FFT 프로세서(500)의 입력으로 각각 제공(또는 분리)된다. 이때, 상기 FMCW 거리 정보는 상기 FMCW 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 나타낸다.In addition, the output value of the FFT processor 300 is provided (or separated) as an input of the first mux 600 selectively outputting FMCW distance information and an input of the I-FFT processor 500 for a pulse compression technique. . In this case, the FMCW distance information indicates distance information from the target in the FMCW radar.

일 예로, 상기 FFT 프로세서(300)는 상기 해밍 윈도부(230)로부터 출력되는 1024개의 곱셈 연산의 출력값을 상기 [수학식 1]에 적용하여 주파수 영역에서 상기 FMCW 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 산출한다(S730).As an example, the FFT processor 300 applies the output values of 1024 multiplication operations output from the Hamming window unit 230 to the [Equation 1] to obtain distance information from the FMCW radar in the frequency domain. Calculate (S730).

이후, I-FFT 프로세서(500)는 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값과 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장된 송신 데이터(또는 송신 신호 정보)를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과(또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값/PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보/PD 거리 정보)를 출력한다.Thereafter, the I-FFT processor 500 performs a multiplication operation of the output value of the FFT processor 300 and the transmission data (or transmission signal information) stored in the reference lookup table 400 in the frequency domain, and then again in the time domain. (Or the output value of the I-FFT processor 500 / distance information from the target in the PD radar / PD distance information) is output.

즉, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 PD 레이더에서 거리 해상도가 향상된 표적과의 거리 정보를 얻기 위해 펄스 압축 기법(pulse compression method)을 수행해야 한다. 이때, 상기 펄스 압축 기법은 앞선 [수학식 2]에서의 콘볼루션 기반의 연산으로, 곱셈 연산을 펄스 크기만큼 모든 거리 빈(range bin)에 대해 적용한 뒤, 덧셈 연산을 수행하기 때문에 상당한 연산량을 가지게 된다. 상기 I-FFT 프로세서(500)는 이 연산량을 줄이기 위하여 시간 영역에서의 콘볼루션 연산이 주파수 영역에서의 곱셈 연산과 동일한 특징을 이용해서, 앞선 [수학식 3]과 같이, 상기 FFT 프로세서(300)로부터 주파수 영역에서 곱셈 연산을 한 후, 다시 시간 영역으로 되돌려서 사용하는 방식을 이용한다.That is, the I-FFT processor 500 must perform a pulse compression method to obtain distance information from a target with improved distance resolution in a PD radar. At this time, the pulse compression technique is a convolution-based operation in [Equation 2] above, and a multiplication operation is applied to all range bins as much as the pulse size, and then the addition operation is performed. do. The I-FFT processor 500 uses the same characteristics as the multiplication operation in the frequency domain in the convolution operation in the time domain in order to reduce the amount of calculation, and the FFT processor 300 as shown in [Equation 3] above. The multiplication operation is performed in the frequency domain from, and then returned to the time domain.

이와 같이, 펄스 압축 기법을 상기 [수학식 3]과 같은 연산으로 수행하게 되면, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수신된 신호(또는 상기 수신 신호)에 대한 상기 FFT 프로세서(300)를 FMCW 레이더의 레인지 FFT(range FFT) 프로세서와 서로 공유해서 사용할 수 있어 복잡도를 줄일 수 있다.In this way, if the pulse compression technique is performed by an operation such as [Equation 3], as shown in FIG. 1, the FFT processor 300 for the received signal (or the received signal) is FMCW It can be used in common with the radar's range FFT (range FFT) processor, reducing complexity.

또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 레벨값(또는 인덱스)에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출한다.In addition, the I-FFT processor 500 multiplies a level value (or index) representing a peak value among the calculated correlation calculations (y[n]) by a sampling time for the received signal to delay the transmission signal and the reception signal. Calculate the time (Δt).

또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 앞선 [수학식 4]에 의해 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 산출한다.In addition, the I-FFT processor 500 calculates the distance to the target by the PD radar according to [Equation 4].

일 예로, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 상기 FFT 프로세서(300)로부터 출력되는 출력값과 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장된 송신 데이터를 상기 [수학식 3]에 적용하여 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 산출한다(S740).For example, the I-FFT processor 500 applies the output value output from the FFT processor 300 and the transmission data stored in the reference lookup table 400 to the [Equation 3] to determine the target in the PD radar. Distance information is calculated (S740).

이후, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 선택하고, 상기 선택된 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 제 1 출력값(또는 상기 제 1 먹스(600)의 출력값)으로 출력한다.Thereafter, the first mux 600 is the output value of the FFT processor 300 that is the output result of the FMCW radar or the I that is the output result of the PD radar according to the distance between the target and the received signal and the transmission signal. -Select the output value of the FFT processor 500, the selected output value of the FFT processor 300 or the output value of the I-FFT processor 500 as a first output value (or the output value of the first mux 600) Print.

이때, 상기 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 1]에 의해 산출된 상태이며, 상기 PD 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 4]에 의해 산출된 상태일 수 있다.At this time, the distance to the target by the FMCW radar may be a state calculated by [Equation 1], and the distance to the target by the PD radar may be a state calculated by [Equation 4].

일 예로, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 산출된 표적과의 거리(예를 들어 상기 FMCW 레이더에 의해 산출된 표적과의 거리)를 근거로 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 및 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값 중에서 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값을 선택하고, 상기 선택된 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값을 제 1 출력값(예를 들어 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값)으로 출력한다(S750).For example, the first mux 600 is based on the calculated distance to the target (for example, the distance to the target calculated by the FMCW radar), the output value of the FFT processor 300 and the I-FFT The output value of the FFT processor 300 is selected from the output values of the processor 500, and the output value of the selected FFT processor 300 is output as a first output value (for example, the output value of the FFT processor 300) ( S750).

이후, 2D 메모리부(700)는 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값(예를 들어 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 I-FFT 프로세서(500)의 출력값)을 순차적으로 저장한다. 이때, 상기 2D 메모리부(700)의 가로축은 PRI에 대응하며, 세로축은 펄스 수에 대응할 수 있다.Thereafter, the 2D memory unit 700 controls a first output value (for example, the output value of the FFT processor 300 or the I-FFT processor 500) output from the first mux 600 under the control of the memory controller 800. The output value of) is stored sequentially. In this case, the horizontal axis of the 2D memory unit 700 corresponds to PRI, and the vertical axis may correspond to the number of pulses.

일 예로, 상기 2D 메모리부(700)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값(예를 들어 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값)을 순차적으로 저장한다(S760).For example, the 2D memory unit 700 sequentially receives a first output value (for example, an output value of the FFT processor 300) output from the first mux 600 under the control of the memory controller 800. Save (S760).

이후, 제 2 먹스(900)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 2D 메모리부(700)에 순차 저장된 데이터(또는 출력값) 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값(또는 상기 제 2 먹스(900)의 출력값)으로 출력한다.Thereafter, the second mux 900 receives data having the same distance bin index among data (or output values) sequentially stored in the 2D memory unit 700 under the control of the memory controller 800 as a second output value (or the second output value). 2 Output value of the mux 900).

일 예로, 상기 제 2 먹스(900)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 2D 메모리부(700)에 순차 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 상기 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)의 데이터를 제 2 출력값으로 출력한다(S770).For example, the second mux 900 is the preset number (for example, 1024 pieces) having the same distance bin index among data sequentially stored in the 2D memory unit 700 under the control of the memory controller 800 The data of is output as a second output value (S770).

이후, 후처리부(1000)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 산출한다.Thereafter, the post-processing unit 1000 is based on the first output value output from the first mux 600 and the second output value output from the second mux 900, the distance between the fixed target and the moving target. , Calculate the speed of a moving target, etc.

또한, 상기 후처리부(1000)는 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 출력한다.In addition, the post-processing unit 1000 determines whether the target is an actual target from clutter and noise, and outputs the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target in the case of a target.

즉, 상기 후처리부(1000)에 포함된 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 움직이는 표적과의 거리를 산출한다.That is, the MTI processor 1010 included in the post-processing unit 1000 calculates the distance to the moving target based on the first output value output from the first mux 600.

이때, 상기 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거(또는 필터링)하여 움직이는 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.In this case, the MTI processor 1010 removes (or filters) a fixed target component from the first output value output from the first mux 600 to calculate a component (eg, including distance) of a moving target.

또한, 상기 후처리부(1000)에 포함된 I-MTI 프로세서(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.In addition, the I-MTI processor 1020 included in the post-processing unit 1000 removes the moving target component from the first output value output from the first mux 600 to provide a fixed target component (for example, distance, etc.). Inclusive).

이때, 상기 MTI 프로세서(1010)와 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출한다.In this case, the MTI processor 1010 and the I-MTI processor 1020 calculate a component of a moving target and a component of a fixed target by applying a recursive algorithm to reduce complexity.

또한, 상기 후처리부(1000)에 포함된 도플러 FFT 프로세서(1030)는 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출한다.In addition, the Doppler FFT processor 1030 included in the post-processing unit 1000 calculates the speed of the moving target based on the second output value output from the second mux 900.

또한, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 도플러 주파수 성분을 구하는 신호 처리 방식인 도플러 필터링을 이용하며, 상기 도플러 주파수 성분은 CPI 동안 표적으로부터 반사되어 수신된 신호가 존재하는 동일한 거리 빈들의 데이터의 위상 성분으로 표현되므로, FFT 연산을 통해 도플러 주파수를 산출한다.In addition, the Doppler FFT processor 1030 uses Doppler filtering, which is a signal processing method to obtain a Doppler frequency component, and the Doppler frequency component is a phase component of data of the same distance bins in which the received signal is reflected from the target during CPI. Since it is expressed as, the Doppler frequency is calculated through the FFT operation.

즉, 상기 도플러 주파수는 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적한 후, 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 통해 구할 수 있으며, 거리빈 개수 * 펄스 개수의 2D 메모리가 요구된다.That is, the Doppler frequency can be obtained by accumulating the data of the distance bin of one PRI by the product of the distance bin and the number of pulses, and then obtaining the accumulated distance bin data through FFT operation. Is required.

또한, 도플러 성분을 구하고 나면, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 앞선 [수학식 5]를 이용해서 중심 주파수(f0)와 도플러 주파수(fd)로부터 움직이는 표적의 속도(V)를 산출할 수 있다.In addition, after obtaining the Doppler component, the Doppler FFT processor 1030 can calculate the velocity (V) of the moving target from the center frequency (f 0 ) and the Doppler frequency (f d ) using the above [Equation 5]. have.

또한, 상기 후처리부(1000)에 포함된 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 최종 표적 여부를 판단하기 위해서, 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출한다. 이때, 상기 CFAR 알고리즘은 CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘, GO CFAR 알고리즘 등을 사용할 수 있다.In addition, the CFAR and peak detection unit 1040 included in the post-processing unit 1000 apply a CFAR algorithm based on the first output value output from the first mux 600 to determine whether the target is a final target. 1 An adaptive threshold is calculated by calculating an average of some of the output values. In this case, the CFAR algorithm may be a CA CFAR algorithm, an SO CFAR algorithm, a GO CFAR algorithm, or the like.

또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하여, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov, 거리), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다.In addition, the CFAR and peak detection unit 1040 compares the first output value with the calculated adaptive threshold value, and when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, determines that it is a frequency component. MTI processor 1010, the I-MTI processor 1020, and the moving target component (Rmov, distance) calculated by the Doppler FFT processor 1030, respectively, the component of the fixed target (Rsta) and the speed of the moving target Each (Vmov) is output.

일 예로, 상기 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 움직이는 표적과의 거리를 산출한다.For example, the MTI processor 1010 calculates a distance to a moving target by removing a fixed target component from a first output value output from the first mux 600.

또한, 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출한다.In addition, the I-MTI processor 1020 calculates a distance to a fixed target by removing a moving target component from the first output value output from the first mux 600.

또한, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출한다.In addition, the Doppler FFT processor 1030 calculates the speed of the moving target based on the second output value output from the second mux 900.

또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 최종 표적 여부를 판단하기 위해서, 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하여, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다(S780).In addition, the CFAR and peak detection unit 1040 applies a CFAR algorithm based on the first output value output from the first mux 600 to determine whether the target is a final target, and calculates an average of some of the first output values. Calculate to calculate an adaptive threshold value, compare the first output value with the calculated adaptive threshold value, and when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, it is determined as a frequency component, and the MTI A component of a moving target (Rmov), a component of a fixed target (Rsta), and a velocity of a moving target (Vmov) calculated by the processor 1010, the I-MTI processor 1020, and the Doppler FFT processor 1030, respectively. Are respectively output (S780).

본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원하여, 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention supports both a PD radar signal processing processor and an FMCW radar signal processing processor in a single hardware, so that both a target located at a long distance and a target located at a short distance can be detected.

또한, 본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유하여, 전체 시스템 운용 효율을 향상시키고, 저복잡도로 설계를 할 수 있다.In addition, as described above, the embodiments of the present invention share a signal processing processor and memory commonly required in PD radar and FMCW radar to improve overall system operation efficiency and design with low complexity. .

전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above contents may be modified and modified without departing from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10: 다중모드 레이더 신호 처리 장치 100: ADC부
200: 전처리부 300: FFT 프로세서
400: 참조 룩업테이블 500: I-FFT 프로세서
600: 제 1 먹스 700: 2D 메모리부
800: 메모리 컨트롤러 900: 제 2 먹스
1000: 후처리부 210: DC 제거부
220: 버퍼 230: 해밍 윈도부
1010: MTI 프로세서 1020: I-MTI 프로세서
1030: 도플러 FFT 프로세서 1040: CFAR 및 첨두 검출부
10: multimode radar signal processing device 100: ADC unit
200: preprocessor 300: FFT processor
400: reference lookup table 500: I-FFT processor
600: first mux 700: 2D memory unit
800: memory controller 900: second mux
1000: post-treatment unit 210: DC removal unit
220: buffer 230: hamming window part
1010: MTI processor 1020: I-MTI processor
1030: Doppler FFT processor 1040: CFAR and peak detection unit

Claims (37)

수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부;
상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 전처리부;
상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서;
상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서;
상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스;
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 메모리 컨트롤러;
상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스; 및
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하고, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 후처리부를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
An ADC unit that performs a sampling function on the received signal and outputs a sampled bit frequency signal;
A preprocessor for outputting a preprocessed output value by performing a preprocessing function on the sampled bit frequency signal output by the ADC unit;
An FFT processor for calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value;
In the FMCW radar calculated by the FFT processor, the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table are multiplied in the frequency domain, and then returned to the time domain. I-FFT processor for outputting information;
According to the distance to the target calculated based on the received signal and the transmitted signal, the output value of the FFT processor, which is the output result of the FMCW radar, or the output value of the I-FFT processor, which is the output result of the PD radar, is selected and output as a first output value. The first mux to do;
A memory controller sequentially storing a first output value output from the first mux in a 2D memory unit;
A second mux for outputting data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value; And
Based on the first output value output from the first mux and the second output value output from the second mux, the distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target are calculated, and from clutter and noise A multi-mode radar signal processing apparatus for detecting a UAV including a post-processing unit that determines whether it is an actual target and outputs the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target if the target is a target.
제 1 항에 있어서,
상기 전처리부는,
표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 임시 저장하는 버퍼;
상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 DC 제거부; 및
FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
The pretreatment unit,
A buffer temporarily storing the sampled beat frequency signal to remove the DC offset of the received signal reflected by the target;
When the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number, an average is calculated for the preset number of temporarily stored data, and a difference value between the preset number of temporarily stored data and the calculated average is calculated, respectively. DC removal unit to calculate; And
In order to reduce the magnitude of the side lobe signal generated by performing the FFT function, a multiplication operation between a preset weight and the calculated plurality of difference values is performed, and the result of the multiplication operation is converted to the preprocessed output value according to the preprocessing function. A multi-mode radar signal processing apparatus for detecting unmanned aerial vehicles, comprising: a Hamming window to output.
제 1 항에 있어서,
상기 FFT 프로세서는,
다음의 수학식에 의해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하며,
Figure 112019028982609-pat00014

상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
The FFT processor,
Calculate distance information from the target in the FMCW radar by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00014

The R1 represents the distance to the target by the FMCW radar, the B represents the bandwidth, the T represents the time of one concubine, and the c represents the propagation speed of the signal. Radar signal processing device.
제 1 항에 있어서,
상기 I-FFT 프로세서는,
다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
Figure 112019028982609-pat00015

상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
The I-FFT processor,
It includes a process of calculating a correlation operation between the transmission signal and the reception signal by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00015

Wherein y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n is an index A multi-mode radar signal processing apparatus for unmanned aerial vehicle detection, comprising:
제 4 항에 있어서,
상기 I-FFT 프로세서는,
상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하며,
Figure 112019028982609-pat00016

상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 4,
The I-FFT processor,
Among the calculated correlation calculations (y[n]), the delay time (Δt) of the transmission signal and the reception signal is calculated by multiplying the sampling time for the received signal by the index representing the peak value, and the following equation Calculate the distance to the target on the PD radar,
Figure 112019028982609-pat00016

The R2 represents the distance to the target by the PD radar, the Δt represents the delay time between the transmitted signal and the received signal, and the c represents the propagation speed of the signal, a multi-mode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that Processing device.
제 1 항에 있어서,
상기 후처리부는,
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출하는 MTI 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
The post-processing unit,
And an MTI processor that calculates a component of the moving target by removing a fixed target component from a first output value output from the first mux.
제 6 항에 있어서,
상기 후처리부는,
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출하는 I-MTI 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 6,
The post-processing unit,
And an I-MTI processor for calculating a component of a fixed target by removing a moving target component from a first output value output from the first mux.
제 7 항에 있어서,
상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는,
복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 7,
The MTI processor and the I-MTI processor,
A multimode radar signal processing apparatus for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that a component of a moving target and a component of a fixed target are respectively calculated by applying a recursive algorithm to reduce complexity.
제 7 항에 있어서,
상기 후처리부는,
상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 7,
The post-processing unit,
And a Doppler FFT processor that calculates a speed of a moving target based on a second output value output from the second mux. The multimode radar signal processing apparatus for detecting a UAV.
제 9 항에 있어서,
상기 도플러 FFT 프로세서는,
한 PRI(pulse repetition interval)의 거리 빈(range bin)의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하고, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
Figure 112019028982609-pat00017

상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 9,
The Doppler FFT processor,
The data of the range bin of one PRI (pulse repetition interval) is accumulated by the product of the distance bin and the number of pulses, and the accumulated distance bin data is subjected to FFT operation to calculate the Doppler frequency, and the following math It is calculated by the process of calculating the speed of the moving target by an equation,
Figure 112019028982609-pat00017

Wherein f 0 represents a center frequency, and f d represents a Doppler frequency. The multimode radar signal processing apparatus for UAV detection, characterized in that.
제 9 항에 있어서,
상기 후처리부는,
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 CFAR 및 첨두 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 9,
The post-processing unit,
Based on the first output value output from the first mux, a CFAR algorithm is applied to calculate an average of some of the first output values to calculate an adaptive threshold value, and the first output value and the calculated adaptive threshold value A multi-mode radar signal processing apparatus for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that it further comprises a CFAR and a peak detector for comparing.
제 11 항에 있어서,
상기 CFAR 및 첨두 검출부는,
상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 11,
The CFAR and peak detection unit,
As a result of the comparison, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, it is determined as a frequency component, and the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target are output. A multimode radar signal processing device for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that.
제 11 항에 있어서,
상기 CFAR 알고리즘은,
CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 11,
The CFAR algorithm,
A multimode radar signal processing apparatus for UAV detection, comprising any one of CA CFAR algorithm, SO CFAR algorithm, and GO CFAR algorithm.
ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계;
전처리부에 의해, 상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계;
FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계;
I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계;
제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계;
메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계;
제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계;
후처리부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계; 및
상기 후처리부에 의해, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
Outputting a sampled bit frequency signal by performing a sampling function on the received signal by the ADC unit;
Outputting a preprocessed output value by performing a preprocessing function on the sampled beat frequency signal output by the ADC unit by a preprocessor;
Calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value, by an FFT processor;
In the FMCW radar calculated by the FFT processor, the I-FFT processor multiplies the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table in the frequency domain, and then returns the result back to the time domain as PD. Outputting information on a distance from a target on a radar;
By the first mux, the output value of the FFT processor, which is an output result of the FMCW radar or the output value of the I-FFT processor, is selected according to the distance between the target calculated based on the received signal and the transmitted signal. Outputting a first output value;
Sequentially storing, by a memory controller, a first output value output from the first mux in a 2D memory unit;
Outputting, by a second mux, data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value;
Calculating, by a post-processing unit, a distance to a fixed target, a distance to a moving target, and a speed of a moving target based on a first output value output from the first mux and a second output value output from the second mux. ; And
And outputting the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target in the case of a target by determining whether the target is an actual target from clutter and noise by the post-processing unit Multimode radar signal processing method for detection.
제 14 항에 있어서,
상기 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계는,
표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 과정;
상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 과정;
상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 과정;
상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 과정; 및
FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 14,
The step of outputting a preprocessed output value by performing a preprocessing function on the sampled beat frequency signal,
Temporarily storing the sampled beat frequency signal in a buffer to remove the DC offset of the received signal reflected by the target;
Calculating an average of the preset number of temporarily stored data when the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number;
Calculating a difference value between the predetermined number of temporarily stored data and the calculated average;
Outputting a plurality of difference values corresponding to the calculated predetermined number; And
In order to reduce the magnitude of the side lobe signal generated by performing the FFT function, a multiplication operation between a preset weight and the calculated plurality of difference values is performed, and the result of the multiplication operation is converted to the preprocessed output value according to the preprocessing function. A multimode radar signal processing method for unmanned aerial vehicle detection, comprising the step of outputting.
제 14 항에 있어서,
상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계는,
다음의 수학식에 의해 산출되며,
Figure 112019028982609-pat00018

상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 14,
The step of calculating distance information from the target in the FMCW radar,
It is calculated by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00018

The R1 represents the distance to the target by the FMCW radar, the B represents the bandwidth, the T represents the time of one concubine, and the c represents the propagation speed of the signal. How to process radar signals.
제 14 항에 있어서,
상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계,
다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
Figure 112019028982609-pat00019

상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 14,
Outputting distance information from the target in the PD radar,
It includes a process of calculating a correlation operation between the transmission signal and the reception signal by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00019

Wherein y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n is an index Multimode radar signal processing method for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that it represents the.
제 17 항에 있어서,
상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계는,
상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하는 과정; 및
다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하는 과정을 더 포함하며,
Figure 112019028982609-pat00020

상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 17,
The step of outputting the distance information from the target in the PD radar,
Calculating a delay time (Δt) between the transmission signal and the reception signal by multiplying the sampling time for the received signal by an index representing a peak value among the calculated correlation calculations (y[n]); And
Further comprising the process of calculating the distance to the target in the PD radar by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00020

The R2 represents the distance to the target by the PD radar, the Δt represents the delay time between the transmitted signal and the received signal, and the c represents the propagation speed of the signal, a multi-mode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that Processing method.
제 14 항에 있어서,
상기 움직이는 표적과의 거리는,
상기 후처리부에 포함된 MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 14,
The distance to the moving target is,
Multimode radar signal processing for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that the MTI processor included in the post-processor removes a fixed target component from the first output value output from the first mux to calculate the component of the moving target Way.
제 19 항에 있어서,
상기 고정된 표적과의 거리는,
상기 후처리부에 포함된 I-MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 19,
The distance from the fixed target is,
A multimode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that the I-MTI processor included in the post-processor removes a moving target component from the first output value output from the first mux to calculate a component of a fixed target. Processing method.
제 20 항에 있어서,
상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는,
복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 20,
The MTI processor and the I-MTI processor,
A multimode radar signal processing method for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that a component of a moving target and a component of a fixed target are respectively calculated by applying a recursive algorithm to reduce complexity.
제 20 항에 있어서,
상기 움직이는 표적의 속도는,
상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 20,
The speed of the moving target is,
A method of processing a multimode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that the Doppler FFT processor included in the post-processing unit calculates the speed of a moving target based on a second output value output from the second mux.
제 14 항에 있어서,
상기 움직이는 표적의 속도는,
상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하는 과정;
상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하는 과정; 및
상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
Figure 112019028982609-pat00021

상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 14,
The speed of the moving target is,
Accumulating data of a distance bin of one PRI by a product of a distance bin and a number of pulses by a Doppler FFT processor included in the post-processing unit;
Calculating a Doppler frequency by performing an FFT operation on the accumulated distance bin data by the Doppler FFT processor; And
It is calculated by the Doppler FFT processor by a process of calculating the speed of the moving target by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00021

Wherein f 0 represents a center frequency, and f d represents a Doppler frequency. A multimode radar signal processing method for UAV detection, characterized in that.
제 14 항에 있어서,
상기 실제 표적인지 여부를 판별하는 단계는,
상기 후처리부에 포함된 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 과정;
상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 과정; 및
상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 14,
The step of determining whether the actual target is,
By applying a CFAR algorithm based on the first output value output from the first mux by the CFAR included in the post-processing unit and the peak detection unit, calculating an average of some of the first output values to calculate an adaptive threshold value. process;
Comparing the first output value and the calculated adaptive threshold value by the CFAR and the peak detector; And
As a result of the comparison, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, the CFAR and the peak detector determine it as a frequency component, and the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and A method of processing a multimode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, comprising the step of outputting the speed of a moving target.
제 24 항에 있어서,
상기 CFAR 알고리즘은,
CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 24,
The CFAR algorithm,
A multimode radar signal processing method for UAV detection, comprising any one of CA CFAR algorithm, SO CFAR algorithm, and GO CFAR algorithm.
수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부;
상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하고, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 DC 제거부;
미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부;
상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서;
상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서;
상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스;
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 순차적으로 저장하도록 2D 메모리부를 제어하는 메모리 컨트롤러;
상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스;
재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 MTI 프로세서;
재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 I-MTI 프로세서;
상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서; 및
상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하고,
상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 CFAR 및 첨두 검출부를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
An ADC unit that performs a sampling function on the received signal and outputs a sampled bit frequency signal;
When the sampled bit frequency signal is temporarily stored in a buffer, and the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number, an average is calculated for the preset number of temporarily stored data, and the preset number of A DC removal unit that calculates a difference value between the temporarily stored data and the calculated average, and outputs a plurality of difference values corresponding to the calculated predetermined number;
A hamming window unit that performs a multiplication operation between a preset weight and the calculated difference values, and outputs a result of the multiplication operation as a preprocessed output value according to the execution of a preprocessing function;
An FFT processor for calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value;
In the FMCW radar calculated by the FFT processor, the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table are multiplied in the frequency domain, and then returned to the time domain. I-FFT processor for outputting information;
According to the distance to the target calculated based on the received signal and the transmitted signal, the output value of the FFT processor, which is the output result of the FMCW radar, or the output value of the I-FFT processor, which is the output result of the PD radar, is selected and output as a first output value. The first mux to do;
A memory controller configured to control a 2D memory unit to sequentially store first output values output from the first mux;
A second mux for outputting data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value;
An MTI processor for calculating a distance to a moving target by applying a recursive algorithm to remove a fixed target component from a first output value output from the first mux;
An I-MTI processor for calculating a distance to a fixed target by removing a moving target component from a first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm;
A Doppler FFT processor that calculates a velocity of a moving target based on a second output value output from the second mux; And
Based on the first output value output from the first mux, a CFAR algorithm is applied to calculate an average of some of the first output values to calculate an adaptive threshold value, and the first output value and the calculated adaptive threshold value And compare
As a result of the comparison, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold, the CFAR determines as a frequency component and outputs the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and the speed of the moving target. And a peak detection unit.
제 26 항에 있어서,
상기 FFT 프로세서는,
다음의 수학식에 의해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하며,
Figure 112019028982609-pat00022

상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 26,
The FFT processor,
Calculate distance information from the target in the FMCW radar by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00022

The R1 represents the distance to the target by the FMCW radar, the B represents the bandwidth, the T represents the time of one concubine, and the c represents the propagation speed of the signal. Radar signal processing device.
제 26 항에 있어서,
상기 I-FFT 프로세서는,
다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
Figure 112019028982609-pat00023

상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 26,
The I-FFT processor,
It includes a process of calculating a correlation operation between the transmission signal and the reception signal by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00023

Wherein y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n is an index A multi-mode radar signal processing apparatus for unmanned aerial vehicle detection, comprising:
제 28 항에 있어서,
상기 I-FFT 프로세서는,
상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하며,
Figure 112019028982609-pat00024

상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 28,
The I-FFT processor,
Among the calculated correlation calculations (y[n]), the delay time (Δt) of the transmission signal and the reception signal is calculated by multiplying the sampling time for the received signal by the index representing the peak value, and the following equation Calculate the distance to the target on the PD radar,
Figure 112019028982609-pat00024

The R2 represents the distance to the target by the PD radar, the Δt represents the delay time between the transmitted signal and the received signal, and the c represents the propagation speed of the signal, a multi-mode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that Processing device.
제 26 항에 있어서,
상기 도플러 FFT 프로세서는,
한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하고, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
Figure 112019028982609-pat00025

상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 26,
The Doppler FFT processor,
The data of the distance bin of one PRI is accumulated by the product of the distance bin and the number of pulses, and the Doppler frequency is calculated by performing FFT operation on the accumulated distance bin data, and the speed of the moving target is calculated by the following equation. It is calculated by the process of calculating,
Figure 112019028982609-pat00025

Wherein f 0 represents a center frequency, and f d represents a Doppler frequency. The multimode radar signal processing apparatus for UAV detection, characterized in that.
제 26 항에 있어서,
상기 CFAR 알고리즘은,
CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 26,
The CFAR algorithm,
A multimode radar signal processing apparatus for UAV detection, comprising any one of CA CFAR algorithm, SO CFAR algorithm, and GO CFAR algorithm.
ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계;
DC 제거부에 의해, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 단계;
상기 DC 제거부에 의해, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 단계;
상기 DC 제거부에 의해, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 단계;
해밍 윈도부에 의해, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 단계;
FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계;
I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계;
제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계;
메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계;
제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계;
MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 단계;
I-MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 단계;
도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계;
CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 단계;
상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
Outputting a sampled bit frequency signal by performing a sampling function on the received signal by the ADC unit;
Temporarily storing the sampled beat frequency signal in a buffer by a DC removal unit;
Calculating an average of the preset number of temporarily stored data when the number of data temporarily stored in the buffer becomes a preset number, by the DC removal unit;
Calculating, by the DC removing unit, a difference value between the predetermined number of temporarily stored data and the calculated average, and outputting a plurality of difference values corresponding to the calculated predetermined number;
Performing, by a Hamming window unit, a multiplication operation between a preset weight and a plurality of calculated difference values, and outputting a result of the multiplication operation as a preprocessed output value according to execution of a preprocessing function;
Calculating distance information from a target in an FMCW radar by performing a multiplication operation in a frequency domain based on the preprocessed output value, by an FFT processor;
In the FMCW radar calculated by the FFT processor, the I-FFT processor multiplies the distance information from the target and the transmission data stored in the reference lookup table in the frequency domain, and then returns the result back to the time domain as PD. Outputting information on a distance from a target on a radar;
By the first mux, the output value of the FFT processor, which is an output result of the FMCW radar or the output value of the I-FFT processor, is selected according to the distance between the target calculated based on the received signal and the transmitted signal. Outputting a first output value;
Sequentially storing, by a memory controller, a first output value output from the first mux in a 2D memory unit;
Outputting, by a second mux, data having the same distance bin index among data stored in the 2D memory unit as a second output value;
Calculating a distance to a moving target by removing a fixed target component from a first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm, by an MTI processor;
Calculating a distance to a fixed target by removing a moving target component from the first output value output from the first mux by applying a recursive algorithm, by an I-MTI processor;
Calculating, by a Doppler FFT processor, a speed of a moving target based on a second output value output from the second mux;
Calculating an adaptive threshold value by calculating an average of some of the first output values by applying a CFAR algorithm based on the first output value output from the first mux by a CFAR and a peak detection unit;
Comparing the first output value with the calculated adaptive threshold value by the CFAR and the peak detector; And
As a result of the comparison, when the first output value is greater than the calculated adaptive threshold value, the CFAR and the peak detector determine it as a frequency component, and the calculated distance to the fixed target, the distance to the moving target, and Multimode radar signal processing method for unmanned aerial vehicle detection comprising the step of outputting the speed of a moving target.
제 32 항에 있어서,
상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계는,
다음의 수학식에 의해 산출되며,
Figure 112019028982609-pat00026

상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 32,
The step of calculating distance information from the target in the FMCW radar,
It is calculated by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00026

The R1 represents the distance to the target by the FMCW radar, the B represents the bandwidth, the T represents the time of one concubine, and the c represents the propagation speed of the signal. How to process radar signals.
제 32 항에 있어서,
상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계,
다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
Figure 112019028982609-pat00027

상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 32,
Outputting distance information from the target in the PD radar,
It includes a process of calculating a correlation operation between the transmission signal and the reception signal by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00027

Wherein y[n] is a correlation between a transmission signal and a reception signal, x[n] is a reception signal, h[n] represents a linear frequency modulated transmission pulse signal, and n is an index Multimode radar signal processing method for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that it represents the.
제 34 항에 있어서,
상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계는,
상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하는 과정; 및
다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하는 과정을 더 포함하며,
Figure 112019028982609-pat00028

상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 34,
The step of outputting the distance information from the target in the PD radar,
Calculating a delay time (Δt) between the transmission signal and the reception signal by multiplying the sampling time for the received signal by an index representing a peak value among the calculated correlation calculations (y[n]); And
Further comprising the process of calculating the distance to the target in the PD radar by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00028

The R2 represents the distance to the target by the PD radar, the Δt represents the delay time between the transmitted signal and the received signal, and the c represents the propagation speed of the signal, a multi-mode radar signal for unmanned aerial vehicle detection, characterized in that Processing method.
제 32 항에 있어서,
상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계는,
한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하는 과정;
상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하는 과정; 및
상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
Figure 112019028982609-pat00029

상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 32,
The step of calculating the speed of the moving target,
The process of accumulating the data of the distance bin of one PRI by the product of the distance bin and the number of pulses;
Calculating a Doppler frequency by performing an FFT operation on the accumulated distance bin data by the Doppler FFT processor; And
It is calculated by the Doppler FFT processor by a process of calculating the speed of the moving target by the following equation,
Figure 112019028982609-pat00029

Wherein f 0 represents a center frequency, and f d represents a Doppler frequency. A multimode radar signal processing method for UAV detection, characterized in that.
제 32 항에 있어서,
상기 CFAR 알고리즘은,
CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 32,
The CFAR algorithm,
A multimode radar signal processing method for UAV detection, comprising any one of CA CFAR algorithm, SO CFAR algorithm, and GO CFAR algorithm.
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