KR102264073B1

KR102264073B1 - 편대 비행체 추적방법 및 장치

Info

Publication number: KR102264073B1
Application number: KR1020200059130A
Authority: KR
Inventors: 공영주
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2021-06-11

Abstract

본 발명은 편대 비행체들을 비행체마다 구분하여 탐지하고 추적 가능한 편대 비행체 추적방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적장치는, 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 클러스터를 생성하고, 대표셀을 지정하는 제1클러스터 생성모듈; 생성된 제1클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 판단하는 히트 판단모듈; 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하고, 그 차이값이 기준 모노펄스값보다 큰 지를 비교하여 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되는 지를 판단하는 모노펄스 처리모듈;인접한 셀이 제1클러스터에 포함된 경우 인접한 셀과 대표 셀의 파워를 비교하여 제1클러스터에 대한 대표 셀을 지정하고, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않은 경우 인접한 셀을 대표 셀로 지정하여 제2클러스터로 구성시키는 제어모듈; 제어모듈은, 제1클러스터와 제2클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 통해서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적 제어한다.

Description

편대 비행체 추적방법 및 장치{Formation flying tracking method and device}

본 발명은 편대 비행체들을 비행체마다 구분하여 탐지하고 추적 가능한 편대 비행체 추적방법 및 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

레이다는 목표를 향해서 레이다 신호를 방사하고, 목표물로부터 반사되는 신호를 수신하여 목표의 탐지와 추적을 수행하게 된다. 이러한 레이다는 군 운용환경에서 적 비행체의 탐지 기술에 많이 사용되고 있다.

현대 전장상황은 신속성, 정확성, 정밀성 등을 요구하고, 나아가 복수의 비행체가 비행하는 편대 비행을 탐지하고 추적해야 하는 등, 매우 복잡해지고 있다.

한국특허등록번호 제10-1005329호(발명의 명칭 : 레인지 도플러 도메인에 대하여 히트 클러스터를 형성하는 방법)은 CFAR 알고리즘에 의하여 클러터가 제거된 레인지 도플러 도메인에 대하여 히트 클러스터를 형성하는 방법을 개시하고 있다.

상기 특허는 기준 히트를 포함하는 클러스터를 형성하는 단계, 기준 히트와 인접한 셀에 히트가 존재하는 경우 상기 검사된 히트를 상기 형성된 클러스터에 포함시키는 단계를 포함하고 있다. 이 구성에 따르면, 간단한 연산을 통해서 레인지 도플러 도메인에 대하여 히트 클러스터를 형성하고 있다.

이와 같이 종래 특허는 히트의 유무만으로 도 1에 도시한 바와 같이 표적을 판단하고 있다. 또한 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 일반적인 클러스터링 방법에 따르면, 인접한 모든 히트들을 하나의 클러스터로 판단하고 있다. 즉, 표적에 관한 히트들은 여러 셀에 거쳐서 나타나고, 일반적인 클러스터링 방법은 인접한 히트들을 묶어서 하나의 클러스터로 표현하고 있다.

그러나 종래의 특허는 복수의 비행체가 편대 비행을 하는 경우, 근접 표적을 분리하기 위해서는 거리해상도 및 도플러 해상도를 증가시켜야 한다. 이와 같이 거리해상도를 높이기 위해서는 광대역신호를 송수신하는 RF소자의 복잡도가 증가하면서 생산비용이 상승하고, 높은 샘플링 주기를 요구하기 때문에 실시간 신호처리가 어렵게 되는 문제점을 발생시켰다.

또한 종래의 특허는 편대 비행하는 비행체들을 레이다에서 하나의 표적으로 탐지할 우려가 높고, 이 경우 추적 과정에서 서로 다른 표적정보를 하나의 동일 표적정보로 오인하면서 탐지되는 신호에 오차가 발생함은 물론 최종적으로 표적을 소실해버리는 문제점을 발생시킨다.

한국특허등록번호 제10-1005329호(발명의 명칭 : 레인지 도플러 도메인에 대하여 히트 클러스터를 형성하는 방법)

따라서 본 발명의 목적은 편대 비행하는 비행체들을 탐지함에 있어서 모노펄스 값을 이용하여 인접한 셀에 대하여 클러스터 포함 여부를 판단하고, 각 표적에 해당하는 클러스터링이 이루어질 수 있도록 제어하는 편대 비행체 추적방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 편대 비행하는 비행체들을 탐지함에 있어서 모노펄스 값을 이용하여 탐지된 표적정보가 동일한 표적정보인지 아니면 다른 표적정보인지를 구별하여 정확한 표적 탐지를 도모할 수 있는 편대 비행체 추적방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적장치는, 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 클러스터를 생성하고, 대표셀을 지정하는 제1클러스터 생성모듈; 생성된 제1클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 판단하는 히트 판단모듈; 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하고, 그 차이값이 기준 모노펄스값보다 큰 지를 비교하여 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되는 지를 판단하는 모노펄스 처리모듈;인접한 셀이 제1클러스터에 포함된 경우 인접한 셀과 대표 셀의 파워를 비교하여 제1클러스터에 대한 대표 셀을 지정하고, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않은 경우 인접한 셀을 대표 셀로 지정하여 제2클러스터로 구성시키는 제어모듈; 제어모듈은, 제1클러스터와 제2클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 통해서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적 제어한다.

바람직하게는 제1클러스터 생성모듈은 추적모드에서 예측거리 및 예측속도를 중심으로 거리-도플러맵을 생성하는 도플러 처리모듈; 기설정된 CFAR 알고리즘을 이용하여 클러터를 제거하고 클러스터를 생성하는 CFAR 알고리즘 모듈을 포함하고, 생성된 초기 클러스터를 대표 셀로 지정한다.

바람직하게는 히트 판단모듈은 생성된 클러스터가 기설정된 임계값을 기준으로 큰 값을 갖을 때, 히트로 판단한다.

바람직하게는 모노펄스 처리모듈의 기준 모노펄스값은 하기 수학식과 같이 결정된다.

여기서 R은 레이다로부터 비행체(T1)와의 거리이고, α는 상대각도이며, Δr은 편대 비행을 판단하기 위한 비행체(T1)과 비행체(T2) 사이의 기설정된 최소한의 거리해상도 이다.

바람직하게는 모노펄스 처리모듈은 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스 값을 구하고, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하는 연산모듈; 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 큰 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않다고 판단하고, 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 미만인 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함된다고 판단하는 판단모듈을 포함한다.

바람직하게는 편대 비행체 추적장치는 같거나 거의 유사한 속도로 비행하는 편대 비행체를 추적하기 위한 제어장치이고, 초기 추적 과정에서는 일반 클러스터링 방식으로 추적을 제어하고, 편대 비행이 판단되었을 때, 모노펄스를 이용한 추적 제어가 이루어진다.

바람직하게는 제어모듈에서 추적하는 각각의 클러스터에 따라서 거리-도플러 맵에 각각의 클러스터가 구분되도록 표시가 이루어지는 표시모듈을 포함한다.

바람직하게는 모노펄스 처리모듈의 모노펄스값은 방위각 모노펄스 값이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법은 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 제1클러스터를 생성하고, 대표 셀을 지정하는 1단계; 생성된 제1클러스터의 대표 셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 판단하는 2단계; 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하고, 그 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되는 지를 판단하는 3단계; 인접한 셀이 제1클러스터에 포함된 경우, 인접한 셀과 대표 셀의 파워를 비교하여 제1클러스터의 대표 셀을 지정하고, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않은 경우, 인접한 셀을 대표 셀로 지정하여 제2클러스터로 구성시키는 4단계; 제1클러스터와 제2클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 통해서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적하는 5단계를 포함한다.

바람직하게는 1단계는, 추적모드에서 예측거리 및 예측속도를 중심으로 거리-도플러맵을 생성하는 단계; 공지된 CFAR 알고리즘을 이용하여 클러터를 제거하고 제1클러스터를 생성하는 단계를 포함하고, 생성된 초기 클러스터는 대표 셀로 지정된다.

바람직하게는 2단계는 생성된 제1클러스터가 기설정된 임계값을 기준으로 큰 값을 갖을 때, 히트로 판단한다.

바람직하게는 3단계의 기준 모노펄스값은 하기 수학식과 같이 결정된다.

바람직하게는 3단계는 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스 값을 구하고, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하는 단계; 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 큰 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않다고 판단하는 단계; 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 미만인 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함된다고 판단하는 단계를 포함한다.

바람직하게는 5단계는 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적하기 위하여 각 클러스터의 대표 셀을 중심으로 2단계 내지 4단계를 반복해서 수행한다.

바람직하게는 편대 비행체 추적방법은 같거나 거의 유사한 속도로 비행하는 편대 비행체를 추적하기 위한 제어방법이고, 초기 추적 과정에서는 일반 클러스터링 방식으로 추적을 제어하고, 편대 비행이 판단되었을 때, 모노펄스를 이용한 추적 제어가 이루어진다.

바람직하게는 각 단계의 처리 과정에 따라서 거리-도플러 맵에 각각의 클러스터가 구분되도록 표시가 이루어진다.

바람직하게는 3단계의 모노펄스값은 방위각 모노펄스 값을 이용한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법 및 장치는 편대 비행하는 다수의 비행체들을 탐지함에 있어서 모노펄스 값을 이용하여 표적마다 다른 클러스터로 분리해서 추적이 가능하도록 클러스터링을 행하는 것이 가능하다. 따라서 편대 비행체를 추적함에 있어서 다수의 표적을 정확히 추적하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 편대 비행하는 비행체들을 탐지함에 있어서 모노펄스 값을 이용하여 탐지된 표적정보가 동일한 표적정보인지 아니면 다른 표적정보인지를 구별하여 정확한 표적 탐지를 도모할 수 있다. 이는 표적정보를 오인함에 의해서 발생될 수 있는 표적정보의 소실 우려를 방지하고, 표적의 정밀 추적을 가능하게 한다.

그리고 본 발명은 거리 해상도를 높이기 위한 RF 소자의 고 비용 및 높은 샘플링 주기 연산의 과정없이도 검출되는 수신 레이다 어레이 신호를 효율적으로 이용하여 편대 비행체의 추적을 용이하게 한다.

도 1은 일반적인 CFAR 알고리즘의 처리 결과에 따른 도플러 맵을 도시하고 있다.
도 2는 일반적인 클러스터링 처리 결과에 따른 도플러 맵을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적을 위한 신호처리에 따른 과정도를 도시하고 있다.
도 4는 같은 속도로 비행하는 편대 비행체들(T1,T2)의 추적 상태를 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법에서 모노펄스를 이용한 클러스터링 제어에 따른 거리-도플러 맵을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법에서 모노펄스를 이용한 클러스터링 제어 결과를 디스플레이에 표시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법에 따른 전체적인 제어 과정도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적장치의 개략적인 구성도를 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9c는 시뮬레이션에 따른 도플러 맵의 표적분포를 도시하고 있다.
도 10a, 도 10b는 시뮬레이션에 따른 방위각 모노펄스 값을 도시하고 있다.
도 11a, 도11b는 시뮬레이션에 따른 고각 모노펄스 값을 도시하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적을 위한 신호처리에 따른 과정도를 도시하고 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법은 비행체를 탐색 중일 때는 일반적인 클러스터링을 수행하는 것을 특징으로 한다. 그리고 추적 중인 비행체가 편대 비행으로 판단되면, 모노펄스를 이용한 클러스터링을 수행하도록 제어한다. 이것은 모노펄스 값을 이용하여 인접된 히트를 모두 하나의 클러스터로 묶지 않고, 각 비행체마다 독립적인 클러스터로 검출하기 위함이다. 추적 중인 비행체가 편대 비행임을 판단하는 것은, 표시장치 상에 표시되는 상태, 시스템의 각종 검출값, 시스템 운용자의 경험치에 따른 판단 결과 등에 기반해서 이루어질 수 있다.

따라서 본 발명은 수신 안테나 어레이로부터 검출된 신호를 도플러 처리하고, 레인지 도플러 도메인으로 나타낼 수 있다. 그리고 레인지 도플러 도메인으로부터 공지된 CFAR(constant false alarm rate) 알고리즘을 이용하여 클러터(clutter)를 제거하고, 도 1에 도시한 바와 같이 이동 표적 정보를 추출한다(100단계).

이 과정에서 비행체를 추적하는 과정에서는 일반적인 클러스터링을 수행한다(110 단계, 120 단계). 즉, CFAR 알고리즘을 수행하고, 히트 여부를 판단하고, 인접한 히트들에 대해서는 하나의 클러스터로 묶는다. 이를 도 2에 도시하고 있다.

한편, 비행체를 추적하는 과정에서 추적 비행체가 편대 비행체로 판단되면(130 단계), 검출되는 표적정보에 대해서 모노펄스 클러스터링을 수행한다(140 단계).

일반적으로 편대 비행체들은 같은 속도로 비행한다고 가정한다. 도 4는 같은 속도로 비행하는 편대 비행체들(T1,T2)의 추적 상태를 도시하고 있다. 레이다가 비행체(T1)을 추적하는 상태일 때, 레이다로부터 비행체(T1)와의 거리는 R이고, 상대각도는 α이다.

한편, 비행체(T1)와 편대 비행 중인 비행체(T2)가 거리-도플러 맵에서 두 비행체로 분리되기 위해서는 레이다로부터 비행체(T2)와의 거리가 비행체(T1)과의 거리인 R보다 최소한 거리해상도(Δr) 보다 커야 한다. 레이더는 표적을 탐지할 수 있는 최소 거리와 최대거리 사이에서 운용되도록 설계되고, 레이더에서 편대 비행체의 각 비행체를 추적하기 위해서는 최소한의 거리해상도 보다 커야 한다. 따라서 최소한의 거리해상도는 레이더 설계시에 미리 결정되는 값이고, 반복 시험을 통해서 시험 가중치가 부여된 값이다.

일 실시예로 최소한의 거리해상도(Δr)는 레이다 설계시에 미리 결정되는 값이고, Δr=(c/2)/sam 으로 설정될 수 있다. 여기서 c : 빛의 속도, sam : 샘플링 주파수(설정값)이고, 샘플링 주파수는 시스템 설계 사양 및 처리 속도 등에 따라서 반복 시험을 통해서 결정되는 값으로 설정한다.

이때 두 비행체를 분리 가능한 방위각 차이(θ)는 거리 R의 함수로 수학식 1로 나타낼 수 있다.

[수학식 1]

이고, 이를 θ로 정리하면,

이다.

즉, 이와 같은 편대 비행체들에 대한 거리, 및 방위각 차이를 이용하여 본 발명에서는 편대 비행을 판단하고, 모노펄스 클러스터링을 제어한다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법 및 장치에서 모노펄스를 이용한 클러스터링 제어는 다음과 같이 이루어진다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법에서 모노펄스를 이용한 클러스터링 제어에 따른 거리-도플러 맵을 도시하고 있다.

그리고 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법에서 모노펄스를 이용한 클러스터링 제어 결과를 디스플레이에 표시하고 있다.

그리고 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법에 따른 전체적인 제어 과정도를 도시하고 있고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적장치의 개략적인 구성도를 도시하고 있다.

본 발명은 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 신호처리장치(300)에서 표적정보에 대한 신호처리 및 분석 그리고 표적 탐지가 이루어질 수 있도록 신호처리되고, 디스플레이 모듈(400)을 통해서 처리신호에 대한 표시 제어가 이루어지도록 구성한다.

이하 설명에서는 본 발명의 편대 비행체 추적을 위한 동작 설명에 필요한 구성만을 적용하여 설명하기로 한다.

본 발명은 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 클러스터를 생성하고, 대표셀을 지정하는 클러스터 생성모듈을 포함한다. 클러스터 생성모듈은 도플러 처리 모듈(310)과 CFAR 알고리즘 모듈(320) 등을 포함할 수 있다.

본 발명은 생성된 제1클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 판단하는 히트 판단모듈(330)과, 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하고, 그 차이값이 기준 모노펄스값보다 큰 지를 비교하여 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되는 지를 판단하는 모노펄스 처리모듈(340)을 포함한다.

본 발명은 인접한 셀이 제1클러스터에 포함된 경우 인접한 셀과 대표 셀의 파워를 비교하여 제1클러스터에 대한 대표 셀을 지정하고, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않은 경우 인접한 셀을 대표 셀로 지정하여 제2클러스터로 구성시키는 제어모듈(350)을 포함한다. 제어모듈(350)은, 제1클러스터와 제2클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 통해서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적 제어한다.

제어모듈(350)은 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 추적 중인 비행체가 편대 비행이 이루어지고 있다고 판단되면, 제어모듈(350)은 편대 비행체의 추적을 위한 제어를 수행한다(200 단계). 따라서 제어모듈(350)은 도시하고 있는 구성 외에도 수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서, 표적 정보에 대한 속도, 거리, 방향, 각도, 파워 등을 검출하는 구성으로부터 필요한 신호를 제공받을 수 있도록 구성한다. 즉, 제어모듈(350)은 신호처리장치(300) 내 도시된 또는 도시되지 않은 모듈들을 전체적으로 제어 및 모듈 사이의 유기적인 연결관계를 갖도록 제어한다.

도플러처리모듈(310)은 비행체의 추적모드에서 예측거리, 예측속도를 중심으로 거리-도플러 맵을 생성한다(202 단계). 그리고 공지된 CFAR 알고리즘 모듈(320)은 기설정된 임계값을 기준으로 클러터를 제거하고, 클러스터를 생성한다(204 단계). 이때 생성된 초기 클러스터는 도 5a에 도시하고 있는 바와 같이, 현재 클러스터의 대표셀(2,2)이 된다(206 단계, 208 단계).

다음 추적 정보에 기반해서 도 5b에 도시하고 있는 바와 같이, 거리-도플러 맵에서 거리 셀 하나(3,2)가 증가한다(210 단계). 히트 판단 모듈(330)은 증가된 셀이 표적이 존재하는 '히트'인지를 판단한다(212 단계). 즉, 거리-도플러 맵에서 표적이 존재하지 않는 셀은 0의 값을 가지고, 표적이 존재하는 '히트'는 1의 값을 갖는다. 이때 '히트' 여부는 임계값을 넘는 표적신호(검출신호)를 이용해서 기설정된 예상 표적신호(또는 모의신호를 통해서 학습되어서 기설정된 예상 표적신호)에 대응하는 값과 비교하고, 기설정된 값보다 작으면 "0"으로 처리하고, 크면 "1"로 처리한다.

즉, 증가된 셀(3,2)에 대한 히트 여부를 판단하고, 히트라고 판단되면, 거리-도플러 맵에 "1"로 표시된다. 그리고 연속된 셀(2,2)(3,2)에서 히트라고 판단된 상태에서, 본 발명은 모노펄스 클러스터링이 수행된다.

본 발명의 모노펄스 클러스터링은, 모노펄스 처리모듈(340)을 통해서 현재 클러스터 대표 셀(2,2)의 모노펄스 값과, 히트로 판단된 연속된 셀(3,2)의 모노펄스 값을 비교한다(214 단계). 그리고 이때 얻어진 두 모노펄스 값의 비교 차이값(θ')을 두 비행체를 분리 가능한 기준이 되는 방위각 차이값(θ)과 비교한다(216 단계).

일반적으로 모노펄스 값은 진폭 모노펄스 방식과, 위상 모노 펄스 방식이 있다. 진폭 모노펄스 방식은 신호의 크기 값으로 비교하는 것이고, 위상 모노 펄스 방식은 신호의 위상차를 이용하여 빔조향하는 위치에서 고각, 방위각 방향으로 표적이 떨어진 정도를 나타낸다. 그리고 본 발명에서는 앞서 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 두 비행체를 분리 가능한 기준 방위각 차이(θ)는 거리 R의 함수로 나타낼 수 있다.

따라서 모노펄스 처리모듈(340)은 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스 값을 구하고, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하는 연산모듈을 포함할 수 있다. 모노펄스 처리모듈(340)은 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 이상의 값을 갖는 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않다고 판단하고, 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 미만인 경우, 인접한 b 셀이 제1클러스터에 포함된다고 판단하는 판단모듈을 포함할 수 있다.

제어모듈(350)은 히트로 판단된 연속된 두 셀(2,2)(3,2)의 모노펄스 차이값(θ')이 기준 방위각 차이(θ)와 비교해서 이상의 값을 갖을 때, 셀(3,2)은 셀(2,2)과 다른 클러스터로 판단한다. 반대로 히트로 판단된 연속된 두 셀(2,2)(3,2)의 모노펄스 차이값(θ')이 기준 방위각 차이(θ)와 비교해서 미만의 값을 갖을 때, 연속된 두 셀은 같은 클러스터로 판단한다(226 단계).

히트로 판단된 연속된 두 셀이 같은 클러스터로 판단되면, 두 셀 중의 현재 클러스터 대표셀을 선택한다. 이를 위해서 파워검출모듈(360)에서 검출된 현재 셀(3,2)와 현재 클러스터 대표셀(2,2)의 파워 크기를 비교한다(228 단계). 그리고 파워가 큰 셀이 현재 클러스터의 대표 셀로 선택된다. 만약 현재 셀(3,2)의 파워가 대표셀(2,2) 보다 크다면, 현재 셀(3,2)이 클러스터 대표 셀로 선택된다(230 단계).

이와 같은 과정은 추적 모드에서 거리 셀이 증가할 때마다 반복해서 이루어진다. 즉, 현재 클러스터의 대표 셀(3,2)을 중심으로 거리 셀의 히트 여부를 반복해서 수행한다(232 단계). 따라서 232 단계에서 거리 셀이 증가되는 상태에서 210 단계로 리턴되어 앞서 수행한 과정을 반복 수행한다. 물론 이 과정에서 210 단계로 리턴은, 필요하다면 CFAR 알고리즘 처리 등의 과정이 모두 진행되고 있음을 의미한다. 또한 232 단계에서 제1클러스터의 대표 셀(3,2)를 중심으로 증가된 셀의 히트 여부를 계속해서 수행하는 것은, 제1표적에 따른 비행체로부터 얻어진 검출값인 제1클러스터를 정확하게 지속적으로 추적함을 의미한다.

다음 추적 정보에 기반해서 도 5c에 도시하고 있는 바와 같이, 거리-도플러 맵에서 거리 셀 하나(4,2)가 증가한다(210 단계). 히트 판단모듈(330)은 증가된 셀(4,2)이 표적이 존재하는 '히트'인지를 판단한다(212 단계).

즉, 증가된 셀(4,2)에 대한 히트 여부를 판단하고, 히트라고 판단되면, 거리-도플러 맵에 "1"로 표시된다. 그리고 연속된 셀(3,2)(4,2)에서 히트라고 판단된 상태에서, 본 발명은 모노펄스 클러스터링이 수행된다.

본 발명의 모노펄스 클러스터링은, 모노펄스 처리모듈(340)을 통해서 현재 클러스터 대표 셀(3,2)의 모노펄스 값과, 히트로 판단된 연속된 셀(4,2)의 모노펄스 값을 비교한다(214 단계). 그리고 이때 얻어진 두 모노펄스 값의 비교 차이값(θ")을 두 비행체를 분리 가능한 기준이 되는 방위각 차이값(θ)과 비교한다(216 단계).

히트로 판단된 연속된 두 셀(3,2)(4,2)의 모노펄스 차이값(θ")이 기준 방위각 차이(θ)과 비교해서 이상의 값을 갖을 때, 셀(4,2)은 셀(3,2)과 다른 클러스터로 판단한다(218 단계). 그리고 셀(4,2)은 새로운 클러스터의 대표 셀이 된다(220 단계).

따라서 도 5c에 도시하고 있는 바와 같이, 제1,2클러스터는 연녹색과 노란색갖는 두개의 클러스터로 구분되고, 제2클러스터는 셀(4,2)을 대표셀로 하여 연속된 셀에 대한 히트 여부를 판단해 나간다(222 단계). 이후, 222 단계에서 거리 셀이 증가되는 상태에서 210 단계로 리턴되어 앞서 수행한 과정을 반복 수행한다. 물론 이 과정에서 210 단계로 리턴은, 필요하다면 CFAR 알고리즘 처리 등의 과정이 모두 진행되고 있음을 의미한다. 또한 222 단계에서 제2클러스터의 대표 셀(4,2)를 중심으로 증가된 셀의 히트 여부를 계속해서 수행하는 것은, 제2표적에 따른 비행체로부터 얻어진 검출값인 제2클러스터를 정확하게 지속적으로 추적함을 의미한다.

이와 같이 본 발명은 232 단계에서의 대표 셀(3,2)를 중심으로 제1클러스터를 추적하고, 222 단계에서 대표 셀(4,2)를 중심으로 제2클러스터를 추적해 나간다. 도 6은 이와 같은 과정을 통하여 본 발명에서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적함에 따라 표시되는 제어모듈(350)의 제어하에 디스플레이모듈(400)에서 서로 다른 색으로 표시되는 도플러 맵을 도시하고 있다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 편대 비행체 추적방법 및 장치의 시뮬레이션을 수행한 결과를 살펴본다.

편대 비행하는 비행체들 간의 거리가 좁고 인접한 경우 표적 분포는 도 9a 내지 도 9c와 같이 나타난다. 도시된 표적 분포는 편대 비행체의 시뮬레이션을 수행함에 있어서, 제1 비행체의 속도는 300m/s, 제2비행체의 속도는 290m/s로 설정하고, 두 비행체 사이의 거리는 기설정값 최소한의 거리해상도 Δr 만큼 차이나게 설정하였다. 그리고 고각은 0도로 동일하고, 방위각만 1도 차이를 갖도록 하여 시뮬레이션을 수행하였다.

도 9a에 도시되고 있는 3차원의 도플러 맵의 표적분포를 도 9b와 도 9c에 도플러와 거리 부분으로 구분하여 2차원으로 표시하고 있다. 이렇게 표시되는 표적 분포를 이용해서 각 셀이 갖는 파워 값, 모노펄스 값 등, 본 발명의 편대 비행체 추적에서 신호처리에 필요로 하는 값 들을 얻을 수 있다. 그리고 표적 분포 상에서 히트를 판단하는 예상 표적신호에 대응하는 값, CFAR 신호 처리를 위한 임계값을 표시하고 있지 않으나, 이 값들도 당연히 설정되어진다.

앞서 도 6에 도시하고 있는 편대 비행체는 연녹색과 노란색의 두개의 클러스터로 표시 구성되고, 도 9a 내지 도 9c의 표적분포 상에서도 연녹색과 노란색으로 두개의 표적을 구분 가능함을 확인할 수 있다.

시뮬레이션에 따라서 방위각 모노펄스 값은 1도 차이가 갖도록 설정하고 있으므로 도 10a와 도 10b에서와 같이 거리와 도플러값으로 확인 했을 때, 충분히 차이가 나타남을 확인 가능하고, 고각 모노펄스 값은 거의 차이가 없도록 설정되어 있으므로 도 11a와 도 11b에서와 같이 차이가 거의 발생되지 않음을 거리와 도플러값으로 확인 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명은 일반적인 컴퓨팅 디바이스를 포함하는 컴퓨팅 환경에서 구현된다. 컴퓨팅 환경은 컴퓨팅 디바이스를 포함 가능하다. 컴퓨팅 디바이스는 다른 단말과 신호를 송수신하는 모든 형태의 컴퓨팅 디바이스일 수 있다.

컴퓨팅 디바이스는 적어도 하나의 프로세서(또는 제어모듈), 컴퓨터 판독 가능한 저장매체 및 통신버스를 포함한다. 프로세서는 컴퓨팅 디바이스로 하여금 앞서 언급된 실시예에 따라 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서는 컴퓨터 판독 가능한 저장매체에 저장된 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능한 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.

컴퓨터 판독 가능 저장매체는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램은 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독한 가능 저장 매체는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 디바이스에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.

통신 버스는 프로세서, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 포함하여 컴퓨팅 장치의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.

컴퓨팅 디바이스는 또한 하나 이상의 입출력 장치를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스 및 하나 이상의 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스 및 통신 인터페이스는 통신 버스에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스를 통해 컴퓨팅 디바이스의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 컴퓨터 디바이스를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 디바이스의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 디바이스와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 디바이스와 연결될 수도 있다.

본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

300 : 신호처리장치
310 : 도플러처리모듈
320 : CFAR 알고리즘 모듈
330 : 히트판단모듈
340 : 모노펄스처리모듈
350 : 제어모듈
360 : 파워검출모듈
400 : 디스플레이 모듈

Claims

편대 비행체를 추적하는 장치에 있어서,
수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 클러스터를 생성하고, 대표 셀을 지정하는 제1클러스터 생성모듈;
생성된 제1클러스터의 대표 셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 판단하는 히트 판단모듈;
인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하고, 그 차이값이 기준 모노펄스값보다 큰 지를 비교하여 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되는 지를 판단하는 모노펄스 처리모듈;
인접한 셀이 제1클러스터에 포함된 경우 인접한 셀과 대표 셀의 파워를 비교하여 제1클러스터에 대한 대표 셀을 지정하고, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않은 경우 인접한 셀을 대표 셀로 지정하여 제2클러스터로 구성시키는 제어모듈;
제어모듈은, 제1클러스터와 제2클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 통해서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적 제어하는 편대 비행체 추적장치.
청구항 1에 있어서,
제1클러스터 생성모듈은 추적모드에서 예측거리 및 예측속도를 중심으로 거리-도플러맵을 생성하는 도플러 처리모듈;
기설정된 CFAR 알고리즘을 이용하여 클러터를 제거하고 클러스터를 생성하는 CFAR 알고리즘 모듈을 포함하고,
생성된 초기 클러스터를 대표 셀로 지정하는 편대 비행체 추적장치.
청구항 1에 있어서,
히트 판단모듈은 생성된 클러스터가 기설정된 임계값을 기준으로 큰 값을 갖을 때, 히트로 판단하는 편대 비행체 추적장치.
청구항 1에 있어서,
모노펄스 처리모듈의 기준 모노펄스값은 하기 수학식과 같이 결정되는 편대 비행체 추적장치.

여기서 R은 레이다로부터 비행체(T1)와의 거리이고, α는 상대각도이며, Δr은 편대 비행을 판단하기 위한 비행체(T1)과 비행체(T2) 사이의 기설정된 최소한의 거리해상도 이다.
청구항 4에 있어서,
모노펄스 처리모듈은 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스 값을 구하고, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하는 연산모듈;
산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 이상 값을 갖는 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않다고 판단하고, 산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 미만인 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함된다고 판단하는 판단모듈을 포함하는 편대 비행체 추적장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항에 있어서,
편대 비행체 추적장치는 같은 속도로 비행하는 편대 비행체를 추적하기 위한 제어장치이고,
초기 추적 과정에서는 일반 클러스터링 방식으로 추적을 제어하고, 편대 비행이 판단되었을 때, 모노펄스를 이용한 추적 제어가 이루어지는 편대 비행체 추적장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항에 있어서,
제어모듈에서 추적하는 각각의 클러스터에 따라서 거리-도플러 맵에 각각의 클러스터가 구분되도록 표시가 이루어지는 표시모듈을 포함하는 편대 비행체 추적장치.
청구항 1에 있어서,
모노펄스 처리모듈의 모노펄스값은 방위각 모노펄스 값인 편대 비행체 추적장치.
편대 비행체를 추적하는 방법에 있어서,
수신 안테나 어레이 검출신호에 기반해서 제1클러스터를 생성하고, 대표 셀을 지정하는 1단계;
생성된 제1클러스터의 대표 셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 판단하는 2단계;
인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하고, 그 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되는 지를 판단하는 3단계;
인접한 셀이 제1클러스터에 포함된 경우, 인접한 셀과 대표 셀의 파워를 비교하여 제1클러스터의 대표 셀을 지정하고, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않은 경우, 인접한 셀을 대표 셀로 지정하여 제2클러스터로 구성시키는 4단계;
제1클러스터와 제2클러스터의 대표셀을 중심으로 인접한 셀의 히트 여부를 통해서 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적하는 5단계를 포함하는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9에 있어서,
1단계는, 추적모드에서 예측거리 및 예측속도를 중심으로 거리-도플러맵을 생성하는 단계;
기설정된 CFAR 알고리즘을 이용하여 클러터를 제거하고 제1클러스터를 생성하는 단계를 포함하고,
생성된 초기 클러스터는 대표 셀로 지정되는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9에 있어서,
2단계는 생성된 제1클러스터가 기설정된 임계값을 기준으로 큰 값을 갖을 때, 히트로 판단하는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9에 있어서,
3단계의 기준 모노펄스값은 하기 수학식과 같이 결정되는 편대 비행체 추적방법.

여기서 R은 레이다로부터 비행체(T1)와의 거리이고, α는 상대각도이며, Δr은 편대 비행을 판단하기 위한 비행체(T1)과 비행체(T2) 사이의 기설정된 최소한의 거리해상도 이다.
청구항 12에 있어서,
3단계는 인접한 셀이 히트일 경우, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스 값을 구하고, 인접한 셀의 모노펄스값과 제1클러스터 대표 셀의 모노펄스값의 차이를 산출하는 단계;
산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 이상 값을 갖는 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함되지 않다고 판단하는 단계;
산출된 차이값을 기준 모노펄스값과 비교하여 미만인 경우, 인접한 셀이 제1클러스터에 포함된다고 판단하는 단계를 포함하는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9에 있어서,
5단계는 제1클러스터와 제2클러스터를 각각 추적하기 위하여 각 클러스터의 대표 셀을 중심으로 2단계 내지 4단계를 반복해서 수행하는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 청구항에 있어서,
편대 비행체 추적방법은 같은 속도로 비행하는 편대 비행체를 추적하기 위한 제어방법이고,
초기 추적 과정에서는 일반 클러스터링 방식으로 추적을 제어하고, 편대 비행이 판단되었을 때, 모노펄스를 이용한 추적 제어가 이루어지는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 청구항에 있어서,
각 단계의 처리 과정에 따라서 거리-도플러 맵에 각각의 클러스터가 구분되도록 표시가 이루어지는 편대 비행체 추적방법.
청구항 9에 있어서,
3단계의 모노펄스값은 방위각 모노펄스 값인 편대 비행체 추적방법.