KR102279563B1 - Radar signal prcessing apparatus and radar signal processing method - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는, 합성 목표물로 송신한 가상의 송신신호를 상기 합성 목표물로부터 반사시켜 가상의 수신신호를 획득하는 가상 수신신호 획득부, 상기 합성 목표물에 대응하는 실제 목표물로 송신된 레이더 송신신호가 상기 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 획득하는 레이더 수신신호 획득부, 상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 이용하여 상기 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 생성하는 생성기 및 상기 레이더 수신신호와 상기 검증신호를 비교하여 상기 검증신호의 정확도를 판별하는 판별기를 포함할 수 있다.The radar signal processing apparatus according to the embodiment includes a virtual reception signal acquisition unit configured to acquire a virtual reception signal by reflecting a virtual transmission signal transmitted to a synthesis target from the synthesis target, and a virtual reception signal acquisition unit configured to obtain a virtual reception signal transmitted to a real target corresponding to the synthesis target. A radar reception signal acquisition unit for acquiring a radar reception signal in which a radar transmission signal is reflected from the real target, a generator for generating a verification signal corresponding to the radar reception signal using the virtual reception signal and the radar reception signal, and the It may include a discriminator for determining the accuracy of the verification signal by comparing the radar received signal and the verification signal.

Description

레이더 신호 처리 장치 및 레이더 신호 처리 방법{RADAR SIGNAL PRCESSING APPARATUS AND RADAR SIGNAL PROCESSING METHOD}Radar signal processing apparatus and radar signal processing method {RADAR SIGNAL PRCESSING APPARATUS AND RADAR SIGNAL PROCESSING METHOD}

본 발명은 레이더 신호 처리 장치 및 레이더 신호 처리 방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로 소량의 실제 레이더 신호만이 검출되도 다량의 가공된 레이더 신호를 생성함으로서 실제 목표물을 정확하게 탐지하기 위한 방법을 제공하기 위한, 레이더 신호 처리 장치 및 레이더 신호 처리 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a radar signal processing apparatus and a radar signal processing method, and more particularly, to provide a method for accurately detecting an actual target by generating a large amount of processed radar signal even when only a small amount of real radar signal is detected, It relates to a radar signal processing apparatus and a radar signal processing method.

실제 환경에 대해서는 수 많은 검증 데이터를 얻을 수 없다는 한계점이 있다. 이를 해결하기 위해 소프트웨어를 통해 만들어진 모의 송수신 신호로부터 실제 환경에서의 데이터를 모의로 생성하는 모델이 필요하다. 이러한 과정에서 사용하는 모델 중 대표적인 모델이 바로 생성모델(Generative model)이다.There is a limitation that a lot of verification data cannot be obtained for the real environment. To solve this problem, a model that simulates data in the real environment from the simulated transmission/reception signals created through software is needed. A representative model among the models used in this process is the generative model.

생성모델은 학습 데이터의 분포가 주어져 있을 때, 이와 비슷한 분포를 가지는 새로운 데이터의 분포를 만들어내는 모델을 의미한다.A generative model refers to a model that creates a distribution of new data having a similar distribution when the distribution of training data is given.

이러한 생성모델들의 특징 중 하나는 학습을 위해 많은 양의 데이터가 필요하다는 것이다. 하지만, 실제 데이터가 가질 수 있는 특징이 너무 다양해(드론의 날개 개수에 따른 waveform 형태 등), 이를 전부 실제 환경 하에 데이터로 만들어 생성모델을 훈련시키기 어렵다. 즉, 많은 양의 훈련 데이터(training data)가 부족하다는 것을 의미한다.One of the characteristics of these generative models is that they require a large amount of data for learning. However, there are so many characteristics that real data can have (waveform shape according to the number of wings of a drone), so it is difficult to train a generative model by making all of them data under real conditions. That is, it means that a large amount of training data is insufficient.

따라서 극 소수 샘플(실제 환경 데이터)에 대한 전이학습 방식이 가능한 생성모델을 시뮬레이션 데이터 하에 학습시켜야 한다. Therefore, a generative model capable of transfer learning for very few samples (real environment data) should be trained under simulation data.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로 소량의 실제 데이터가 있더라도 실제에 가까운 다량의 모의데이터를 생성하여 소량의 실제 데이터가 검출된 실제 목표물을 정확하게 식별할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다. The present invention has been derived to solve the above problems, and its purpose is to generate a large amount of simulated data that is close to the real even if there is a small amount of real data so that a small amount of real data can accurately identify the detected real target. there is.

본 발명은 특히, 생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Networks, GAN)에 기반한 딥 러닝 학습 과정을 통해 상기 과정을 수행할 수 있도록 함으로서 정확한 목표물 식별과 함께 자동으로 빠르게 해당 목표물을 탐지할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다. In particular, the present invention enables to perform the above process through a deep learning learning process based on generative adversarial networks (GAN), so that the target can be automatically and quickly detected with accurate target identification. There is a purpose.

실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 합성 목표물로 송신한 가상의 송신신호를 상기 합성 목표물로부터 반사시켜 가상의 수신신호를 획득하는 가상 수신신호 획득부, 상기 합성 목표물에 대응하는 실제 목표물로 송신된 레이더 송신신호가 상기 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 획득하는 레이더 수신신호 획득부, 상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 이용하여 상기 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 생성하는 생성기 및 상기 레이더 수신신호와 상기 검증신호를 비교하여 상기 검증신호의 정확도를 판별하는 판별기를 포함할 수 있다.A radar signal processing apparatus according to an embodiment includes a virtual reception signal acquisition unit configured to acquire a virtual reception signal by reflecting a virtual transmission signal transmitted to a composite target from the composite target, and a radar transmitted to a real target corresponding to the composite target. A radar reception signal acquisition unit for acquiring a radar reception signal in which a transmission signal is reflected from the real target, a generator for generating a verification signal corresponding to the radar reception signal using the virtual reception signal and the radar reception signal, and the radar and a discriminator that compares the received signal with the verification signal to determine the accuracy of the verification signal.

상기 생성기는 상기 판별기로부터 생성된 상기 검증신호의 정확도 판별 결과를 기초로 최종 검증신호를 생성할 수 있다.The generator may generate a final verification signal based on a result of determining the accuracy of the verification signal generated by the discriminator.

상기 생성기 및 상기 판별기는, 컨볼루션 신경망(Convolution Neural Network, CNN) 및 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 중 적어도 하나를 이용하여 기계 학습을 수행할 수 있다.The generator and the discriminator may perform machine learning using at least one of a convolutional neural network (CNN) and a recurrent neural network (RNN).

상기 가상 수신신호 획득부는, 상기 합성 목표물을 포함하는 이미지 정보와 상기 이미지 정보에 대응하는 실제 환경 정보를 참조하여 상기 가상의 수신신호 획득을 수행할 수 있다.The virtual reception signal acquisition unit may perform the virtual reception signal acquisition by referring to image information including the synthesis target and real environment information corresponding to the image information.

상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 분석하는 신호분석부를 더 포함하고, 상기 분석 결과를 이용하여 상기 생성기에 의한 상기 검증신호 생성 및 상기 판별기에 의한 상기 검증신호의 정확도 판별 과정을 수행할 수 있다.Further comprising a signal analysis unit for analyzing the virtual received signal and the radar received signal, and using the analysis result to perform the process of generating the verification signal by the generator and determining the accuracy of the verification signal by the discriminator there is.

상기 신호분석부는, 상기 가상의 수신신호 및 상기 레이더 수신신호 중 적어도 하나를 시간에 대응하는 주파수의 형태로 변환하여 각각에 대한 변환 신호를 생성하고, 상기 변환 신호로 상기 분석 과정을 수행할 수 있다.The signal analyzer may convert at least one of the virtual received signal and the radar received signal into a form of a frequency corresponding to time to generate a converted signal for each, and perform the analysis process with the converted signal .

실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은, 가상 수신신호 획득부에 의해, 합성 목표물로 송신한 가상의 송신신호를 상기 합성 목표물로부터 반사시켜 가상의 수신신호를 획득하는 가상 수신신호 획득 단계, 레이더 수신신호 획득부에 의해, 상기 합성 목표물에 대응하는 실제 목표물로 송신된 레이더 송신신호가 상기 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 획득하는 레이더 수신신호 획득 단계, 생성기에 의해, 상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 이용하여 상기 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 생성하는 생성 단계 및 판별기에 의해, 상기 레이더 수신신호와 상기 검증신호를 비교하여 상기 검증신호의 정확도를 판별하는 판별 단계를 포함할 수 있다.A radar signal processing method according to an embodiment includes, by a virtual reception signal acquisition unit, a virtual reception signal acquisition step of acquiring a virtual reception signal by reflecting a virtual transmission signal transmitted to a composite target from the composite target, a radar reception signal A radar reception signal acquisition step in which a radar transmission signal transmitted to a real target corresponding to the synthesized target is reflected from the real target by an acquisition unit, a radar reception signal acquisition step, by a generator, the virtual reception signal and the radar The method may include a generating step of generating a verification signal corresponding to the radar received signal using a received signal and a determining step of comparing the radar received signal with the verification signal to determine the accuracy of the verification signal by a discriminator. .

본 발명에 따르면 소량의 실제 데이터가 있더라도 실제에 가까운 다량의 모의데이터를 생성하여 소량의 실제 데이터가 검출된 실제 목표물을 정확하게 식별할 수 있다. According to the present invention, even if there is a small amount of real data, a large amount of simulated data close to the real can be generated to accurately identify an actual target in which a small amount of real data is detected.

본 발명은 특히, 생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Networks, GAN)에 기반한 딥 러닝 학습 과정을 통해 상기 과정을 수행할 수 있도록 함으로서 정확한 목표물 식별과 함께 자동으로 빠르게 해당 목표물을 탐지할 수 있게 된다. In particular, the present invention enables the above process to be performed through a deep learning learning process based on generative adversarial networks (GAN), so that the target can be automatically and quickly detected with accurate target identification.

본 발명에 따르면, 군사 환경에서 적 무인기와 같이 애초에 무인기에 대한 파일럿 신호를 얻을 수 없는 상황에서, 간신히 검출된 신호를 통하여 적 무인기의 형태와 특징을 복구하여 향후에 다시 검출되었을 때 쉽게 판별해낼 수 있는 근거를 제시할 수 있게 된다.According to the present invention, in a situation where pilot signals for the UAV cannot be obtained in the first place, such as from an enemy UAV in a military environment, the shape and characteristics of an enemy UAV can be recovered through the barely detected signal, so that it can be easily identified when detected again in the future. be able to provide evidence.

본 발명에서는 상대적으로 범용성이 높은 대신에 정밀한 형태 추정에 약점을 보이던 자율 주행에 사용되는 신호 측정 기술 중 하나인 RADAR로 다양한 모의신호를 생성해내어, 자율주행 상황에서 발생할 수 있는 다양한 문제상황에 대한 예측과 분석을 시행할 수 있다.In the present invention, RADAR, one of the signal measurement technologies used in autonomous driving, which has relatively high versatility but has a weakness in precise shape estimation, generates various simulation signals, and solves various problem situations that may occur in autonomous driving situations. Prediction and analysis can be performed.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치(1)를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1b는 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a는 실시예에 따른 레이 트레이싱 시뮬레이션 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 2b는 가상 수신신호 획득부(110)의 가상 수신신호 획득 수행 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2c는 가상의 송신기가 송신 가능한 여러 종류의 파형과 컴퓨터 프로그램을 이용하여 생성한 합성 목표물에 반사되어 가상의 수신기가 수신하는 파형의 쌍을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 3은 레이더 수신신호 획득부(120)의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 신호 분석부(130)의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 5는 생성기(140) 및 판별기(150)를 이용해 가상의 수신신호에 대응하는 정확도가 높은 검증신호를 생성하는 과정을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 6 및 도 7은 임의의 목표물을 대상으로 한 신호 검증을 비교하기 위해 참조되는 도면이다.
1A is a block diagram illustrating a radar signal processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
1B is a flowchart illustrating a radar signal processing method according to an embodiment.
2A is a diagram referenced to describe a ray tracing simulation method according to an embodiment.
2B is a flowchart illustrating a process of obtaining a virtual received signal by the virtual received signal obtaining unit 110 .
FIG. 2C is a diagram referenced to explain a pair of various types of waveforms that can be transmitted by a virtual transmitter and a waveform that is reflected by a composite target generated using a computer program and received by a virtual receiver.
3 is a diagram referenced to explain the operation of the radar reception signal acquisition unit 120 .
4 is a diagram referenced to explain the operation of the signal analyzer 130 according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram referenced to explain a process of generating a verification signal with high accuracy corresponding to a virtual received signal using the generator 140 and the discriminator 150 .
6 and 7 are diagrams referenced for comparing signal verification for an arbitrary target.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0023] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be embodied in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents to those claimed. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치(1)를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b는 레이더 신호 처리 장치(1)의 레이더 신호 처리 방법을 설명하는 순서도이다. 1A is a block diagram illustrating a radar signal processing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a flowchart illustrating a radar signal processing method of the radar signal processing apparatus 1 .

이하, 도 1a 및 도 1b를 함께 참조하여 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 설명하고자 한다.Hereinafter, a radar signal processing method according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1A and 1B together.

레이더 신호 처리 장치(1)는 중앙 제어 프로세서를 포함하는 연산 장치일 수 있으며, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션 등을 포함할 수 있다. The radar signal processing device 1 may be a computing device including a central control processor, and may include a personal computer, a workstation, or the like.

도 1a에 도시한 바와 같이, 레이더 신호 처리 장치(1)는 제어부(100), 통신부(200), 및 메모리부(300)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 1A , the radar signal processing apparatus 1 may include a control unit 100 , a communication unit 200 , and a memory unit 300 .

제어부(100)는 레이더 신호 처리 장치(1)를 구성하는 각 구성요소를 전반적으로 제어하는 것으로, 가상 수신신호 획득부(110), 레이더 수신신호 획득부(120), 신호 분석부(130), 생성기(140), 및 판별기(150)를 포함할 수 있다. The control unit 100 controls each component constituting the radar signal processing apparatus 1 as a whole, and includes a virtual reception signal acquisition unit 110 , a radar reception signal acquisition unit 120 , a signal analysis unit 130 , It may include a generator 140 and a discriminator 150 .

통신부(200)는 레이더 신호 처리 장치(1)와 다른 외부 장치(미도시)와의 데이터 통신을 수행하기 위한 것으로 유/무선 통신을 수행할 수 있다. The communication unit 200 is for performing data communication between the radar signal processing apparatus 1 and another external device (not shown), and may perform wired/wireless communication.

통신부(200)는 외부 장치로부터 가상 수신신호를 수신하여 가상 수신신호 획득부(110)로 전송할 수 있다. The communication unit 200 may receive a virtual reception signal from an external device and transmit it to the virtual reception signal acquisition unit 110 .

통신부(200)는 외부 장치 또는 레이더 신호 처리 장치(1)에서 전송된 레이더 송신신호가 실제 목표물에 반사된 레이더 수신신호를 수신하여 레이더 수신신호 획득부(120)로 전송할 수 있다. The communication unit 200 may receive a radar reception signal in which a radar transmission signal transmitted from an external device or the radar signal processing device 1 is reflected by an actual target and transmit the received radar signal acquisition unit 120 .

메모리부(300)는 제어부(100)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 레이더 신호 처리 장치(1)로 입력되거나 레이더 신호 처리 장치(1)로부터 출력되는 데이터를 저장할 수도 있다.The memory unit 300 may store a program for processing and control of the controller 100 , and may store data input to or output from the radar signal processing apparatus 1 .

메모리부(300)는 신경망을 저장하며, 제어부(100)는 메모리부(300)에 저장된 신경망을 기계 학습하여 갱신시킬 수 있다.The memory unit 300 stores the neural network, and the controller 100 may update the neural network stored in the memory unit 300 by machine learning.

가상 수신신호 획득부(110)는 컴퓨터 프로그램을 이용해서 만들어진 합성 목표물로부터 반사된 가상의 수신신호를 획득할 수 있다(s210). 합성 목표물로 가상의 송신신호가 송신되어 합성 목표물로부터 반사될 수 있으며, 가상의 송신신호 송신과 가상의 수신신호 획득은 가상의 환경에서 시뮬레이션이 수행되어 이루어질 수 있다. The virtual reception signal acquisition unit 110 may acquire a virtual reception signal reflected from a synthetic target created using a computer program (s210). A virtual transmission signal may be transmitted to the synthesis target and reflected from the synthesis target, and the virtual transmission signal transmission and virtual reception signal acquisition may be performed by performing a simulation in a virtual environment.

가상의 송신신호 송신은 가상의 송신기에서 수행되고 가상의 수신신호 획득은 가상의 수신기에서 수행될 수 있다. 그리고, 가상의 송신신호와 가상의 수신신호는 실제 물리적인 전파 신호가 아니라 시뮬레이션을 위해 가상으로 생성된 신호인 것으로 정의한다. Transmission of a virtual transmission signal may be performed by a virtual transmitter, and acquisition of a virtual reception signal may be performed by a virtual receiver. In addition, the virtual transmission signal and the virtual reception signal are defined as virtual signals generated for simulation, not actual physical propagation signals.

일 실시예에 따르면, 가상 수신신호 획득부(110)는 직접 가상의 송신기를 통해 합성 목표물로 가상의 송신신호를 전송하고 합성 목표물로부터 반사된 가상의 수신신호를 가상의 수신기를 통해 획득할 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따르면, 레이더 신호 처리 장치(1)와 별도의 외부 장치(미도시)가 가상의 송신신호를 전송하고 가상의 수신신호를 수신하면, 가상 수신신호 획득부(110)는 외부 장치로부터 가상의 수신신호를 수신하여 획득할 수도 있다. 후자에 따르면, 통신부(200)를 통해 외부 장치로부터 가상의 수신신호를 수신하여 획득할 수 있다.According to an embodiment, the virtual reception signal acquisition unit 110 may directly transmit a virtual transmission signal to the synthesis target through the virtual transmitter and acquire the virtual reception signal reflected from the synthesis target through the virtual receiver. . In addition, according to another embodiment, when the radar signal processing apparatus 1 and a separate external device (not shown) transmit a virtual transmission signal and receive a virtual reception signal, the virtual reception signal obtaining unit 110 is externally It may be obtained by receiving a virtual reception signal from the device. According to the latter, a virtual reception signal may be received and obtained from an external device through the communication unit 200 .

참고로, 시뮬레이션을 통한 가상의 신호 송수신은 레이 트레이싱(RAY TRACING) 과정을 통해 수행될 수 있다.For reference, virtual signal transmission and reception through simulation may be performed through a ray tracing process.

도 2a는 실시예에 따른 레이 트레이싱 시뮬레이션 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 2A is a diagram referenced to describe a ray tracing simulation method according to an embodiment.

도 2a를 참조하면, 하나 이상의 가상의 송신기(S1,S2,S3)로부터 송신된 가상의 송신신호 중 일부가 합성 목표물(object)로 전송되어 합성 목표물(object)로부터 반사된 가상의 수신신호(Reflective signal)를 가상의 수신기(R)가 수신하여 획득할 수 있다. Referring to FIG. 2A, some of the virtual transmission signals transmitted from one or more virtual transmitters S1, S2, and S3 are transmitted to a synthesis target and reflected from the synthesis target. signal) can be obtained by receiving the virtual receiver (R).

가상 수신신호 획득부(110)는 합성 목표물을 포함하는 이미지 정보와 이미지 정보에 대응하는 실제 환경 정보를 참조하여 가상의 송신신호 송신 및 상기 가상의 수신신호 획득을 수행할 수 있다. The virtual reception signal acquisition unit 110 may transmit a virtual transmission signal and acquire the virtual reception signal by referring to image information including a synthesis target and real environment information corresponding to the image information.

도 2b는 가상 수신신호 획득부(110)의 가상 수신신호 획득 수행 과정을 설명하기 위한 순서도이다.2B is a flowchart illustrating a process of obtaining a virtual received signal by the virtual received signal obtaining unit 110 .

구체적으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제어부(100)는 합성 목표물을 포함하는 이미지 정보를 획득할 수 있다.(s111)Specifically, as shown in FIG. 2B , the controller 100 may acquire image information including a synthesis target (s111).

제어부(100)는 2차원 이미지 정보 및 3차원 지도 정보를 획득할 수 있다. 실시 예에서 2차원 이미지 정보는 이미지에 대응하는 추가 정보를 포함할 수 있으며, 상기 추가 정보는 이미지가 촬영된 위치 정보, 방향 정보, 화각을 포함한 촬영 정보를 포함할 수 있다. 상기 추가 정보를 기반으로 2차원 이미지 정보와 대응하는 3차원 지도 정보를 판단할 수 있다. 또한 3차원 지도 정보는 위치 정보와 이에 대응하는 3차원 지도 정보를 포함할 수 있다. 이와 같은 정보는 지표 또는 수면 위에 건물, 구조물, 식물 들의 형태 정보를 포함할 수 있으며, 실시 예에 따라 가상의 송신기 후보 위치 및 가상의 수신기 후보 위치 중 적어도 하나와 관련된 정보를 포함할 수 있다.The controller 100 may acquire 2D image information and 3D map information. In an embodiment, the two-dimensional image information may include additional information corresponding to the image, and the additional information may include photographing information including location information at which the image was captured, direction information, and an angle of view. 3D map information corresponding to 2D image information may be determined based on the additional information. In addition, the 3D map information may include location information and 3D map information corresponding thereto. Such information may include information on the shape of buildings, structures, and plants on the surface or water surface, and may include information related to at least one of a virtual transmitter candidate location and a virtual receiver candidate location according to an embodiment.

제어부(100)는 이미지 정보에 대응하는 실제 환경 정보를 획득할 수 있다.(s112) 실제 환경 정보는 통신 경로 상에 위치하는 물체 및 물체의 특성을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 2차원 이미지 정보를 분석하여 이를 기반으로 통신 경로 상에 위치할 수 있는 물체들의 특성을 판단할 수 있다. 상기 물체들의 특성은 물체 표면의 재질 및 물체 외부 형태 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 전파 투과가 가능한 물체의 경우 물체의 형상 및 투과시 신호 감쇠 정도와 관련된 정보를 포함할 수 있다.The controller 100 may acquire real environment information corresponding to the image information. (s112) The real environment information may include an object located on a communication path and characteristics of the object. More specifically, by analyzing the two-dimensional image information, it is possible to determine the characteristics of objects that can be located on the communication path based on the analysis. The properties of the objects may include at least one of the material of the surface of the object and the external shape of the object, and in the case of an object capable of transmitting radio waves, information related to the shape of the object and the degree of signal attenuation during transmission.

제어부(100)는 이미지 정보에 상기 실제 환경 정보를 매핑하여 매핑 정보를 획득할 수 있다.(s113) 예를 들어, 3차원 지도 정보에 매핑할 때 2차원 이미지 정보에 포함된 추가 정보를 기반으로 3차원 지도 정보에 대응되는 물체에 상기 2차원 이미지 정보를 통해 획득한 추가 정보를 매핑할 수 있다. The controller 100 may obtain mapping information by mapping the real environment information to image information. (s113) For example, when mapping to 3D map information, based on additional information included in 2D image information Additional information obtained through the 2D image information may be mapped to an object corresponding to the 3D map information.

제어부(100)의 가상 수신신호 획득부(110)는 상기 매핑 정보를 참조하여 상기 가상의 송신신호를 상기 합성 목표물로부터 반사시켜 가상의 수신신호를 획득하는 레이 트레이싱 시뮬레이션을 수행할 수 있다.(s114) The virtual reception signal acquisition unit 110 of the control unit 100 may perform a ray tracing simulation in which the virtual reception signal is acquired by reflecting the virtual transmission signal from the synthesis target with reference to the mapping information. (s114) )

실시예에 따르면, 레이 트레이싱 시뮬레이션은 특정 방향의 빔(가상의 송신신호)를 고려하여, 순차적으로 빔 정보를 변경하면서 그에 대응하는 레이 트레이싱 시뮬레이션을 수행하거나, 가상의 송신기에서 전송할 수 있는 전 방향의 빔을 동일한 시구간 내에 전송한 경우를 가정하고 그에 대응하는 레이 트레이싱 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 레이 트레이싱 시뮬레이션 수행 결과 가상의 송신기에서 전송된 신호가 가상의 수신기에 수신되기 위해서 거치는 경로와 상기 경로 상에 위치한 실제 환경 정보를 반영하여 가상의 수신기에서 수신할 수 있는 신호 품질을 예측하고 이를 분석할 수 있다.According to an embodiment, the ray tracing simulation considers a beam (virtual transmission signal) in a specific direction, and performs a ray tracing simulation corresponding thereto while sequentially changing beam information, or omnidirectional transmission that can be transmitted from a virtual transmitter. It is assumed that the beam is transmitted within the same time period, and a ray tracing simulation corresponding thereto may be performed. As a result of the ray tracing simulation, it is possible to predict and analyze the signal quality that can be received by the virtual receiver by reflecting the path through which the signal transmitted from the virtual transmitter takes to be received by the virtual receiver and the real environment information located on the path. can

다만, 전술한 바와 같이, 레이더 신호 처리 장치(1)와 별도의 외부 장치(미도시)가 가상의 송신신호를 전송하고 가상의 수신신호를 수신하면, 가상 수신신호 획득부(110)는 외부 장치로부터 가상의 수신신호를 수신하여 획득할 수도 있으며, 이 경우에는 s111 내지 s114는 외부 장치에서 수행하고 가상 수신신호 획득부(110)는 외부 장치로부터 가상의 수신신호를 수신하여 획득할 수 있다.However, as described above, when the radar signal processing device 1 and a separate external device (not shown) transmit a virtual transmission signal and receive a virtual reception signal, the virtual reception signal obtaining unit 110 is an external device. It may be obtained by receiving a virtual reception signal from the . In this case, s111 to s114 may be performed by an external device, and the virtual reception signal obtaining unit 110 may receive and acquire a virtual reception signal from the external device.

도 2c는 가상의 송신기가 송신 가능한 여러 종류의 파형과 컴퓨터 프로그램을 이용하여 생성한 합성 목표물에 반사되어 가상의 수신기가 수신하는 파형의 쌍을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. FIG. 2C is a diagram referenced to explain a pair of various types of waveforms that can be transmitted by a virtual transmitter and a waveform that is reflected by a composite target generated using a computer program and received by a virtual receiver. Referring to FIG.

실시예에 따라, 가상의 송신기와 가상의 송신기로부터 보내진 신호를 반사시키는 합성 목표물, 그리고 가상의 수신기로 이루어진 시스템은 합성 목표물이 고정되지 않았을 때 Linear time-variant (LTV) 시스템을 이룬다. 합성 목표물이 서로 다른 S개의 점 (scatterer)으로 되어있다고 하자. 각각의 점(scatterer)의 impulse response를

Figure 112019113780318-pat00001
라고 할 때, 가상의 수신기가 받아들이는 신호
Figure 112019113780318-pat00002
는 다음과 같이 나타내어진다.According to an embodiment, a system including a virtual transmitter, a synthetic target reflecting a signal transmitted from the virtual transmitter, and a virtual receiver forms a Linear time-variant (LTV) system when the synthetic target is not fixed. Let's say the synthesis target consists of S different scatterers. The impulse response of each scatterer
Figure 112019113780318-pat00001
, the signal received by the virtual receiver
Figure 112019113780318-pat00002
is expressed as

Figure 112019113780318-pat00003
Figure 112019113780318-pat00003

(t: 시간, 가상의 송신신호가 합성 목표물로 전송된 후 합성 목표물로부터 반사되기까지 경과한 시간(t: time, the time elapsed after the virtual transmission signal is transmitted to the composite target and reflected from the composite target

τ: 지연 시간, 일반적으로 가상의 수신 신호는 지연 (delay) (τ)및 도플러 천이 (Doppler shift) (ν)및 신호의 크기가 b (감쇠 계수) 만큼 곱해져서 변화된 가상의 송신 신호의 합으로 나타내진다. 여기서 사용된 τ변수는 가상의 수신 신호의 모델링을 위한 3가지 특징 중 하나를 나타낸 것이다. [참고로, b (감쇠 계수)는 scatterer의 크기와 유전율, 그리고 가상의 송신기와 scatterer 사이의 거리, scatterer와 가상의 수신기 사이의 거리에 따라서 결정되는 것으로 자세한 내용은 후술한다.]τ: Delay time, in general, the virtual received signal is the sum of the delay (τ) and Doppler shift (ν), and the virtual transmitted signal changed by multiplying the amplitude of the signal by b (attenuation factor) is shown The τ variable used here represents one of three characteristics for modeling a virtual received signal. [For reference, b (attenuation coefficient) is determined according to the size and permittivity of the scatterer, the distance between the virtual transmitter and the scatterer, and the distance between the scatterer and the virtual receiver, which will be described in detail later.]

Figure 112019113780318-pat00004
: τ 만큼 지연된 송신 신호)
Figure 112019113780318-pat00004
: transmit signal delayed by τ)

여기서 가상의 송신 신호

Figure 112019113780318-pat00005
는 CW, FMCW, Pulse, QPSK 등의 여러 waveform 중에서 주어질 수 있다.Here, the virtual transmission signal
Figure 112019113780318-pat00005
can be given among several waveforms such as CW, FMCW, Pulse, and QPSK.

여기서

Figure 112019113780318-pat00006
에 Inverse Fourier transform (IFT) 를 취하면 다음과 같다.here
Figure 112019113780318-pat00006
Taking the Inverse Fourier transform (IFT) on

Figure 112019113780318-pat00007
Figure 112019113780318-pat00007

(참고로,

Figure 112019113780318-pat00008
: j 번째 산란점 (scatterer)의 응답 함수로 정의할 수 있다. 그리고, 응답 함수를 정의한 이유는 다음과 같다. 전술한 바와 같이, 일반적으로 가상의 수신 신호는 지연 (τ)및 도플러 천이 (ν) 및 신호의 크기가 변화된 (b) 가상의 송신 신호의 합으로 나타낼 수 있다. 주파수 이동과 감쇠계수의 의미를 부여하면 다음과 같다. 먼저 지연이 발생하는 원리는 다음과 같다. 송신기에서 방사된 신호가 점 scatter 에 반사된 후 수신기를 통해 물리적으로 이동을 하므로 신호가 이동한 거리를 빛의 속도로 나누어준 만큼 지연이 발생한다. 도플러 천이가 발생하는 이유는 산란점이 공간상에서 움직이므로 수신 신호의 파장이 변한다. 가상의 수신 신호의 주파수 또한 변하는데 그 이유는 자유 공간에서 빛의 속도는 일정하고 주파수는 빛의 속도를 파장으로 나눈 값이기 때문이다. 마지막으로 감쇠 계수의 의미는 다음과 같다. 감쇠 계수는 수신 신호의 크기를 결정하는 변수이다. 가상의 수신 신호의 변화를 주는 요소는 가상의 송신기, 가상의 수신기, 및 산란점 간의 거리, 산란점의 물리적 특성 (유전율, 투자율 등등) 에 영향을 받는다. (Note that,
Figure 112019113780318-pat00008
: It can be defined as the response function of the j-th scatterer. And, the reason for defining the response function is as follows. As described above, in general, the virtual reception signal may be expressed as the sum of the delay (τ), the Doppler shift (ν), and (b) the virtual transmission signal in which the magnitude of the signal is changed. The meaning of frequency shift and attenuation coefficient is given as follows. First, the principle of delay is as follows. Since the signal emitted from the transmitter is reflected by the point scatter and then physically moves through the receiver, a delay occurs as much as the distance traveled by the signal divided by the speed of light. The reason for the Doppler shift is that the scattering point moves in space, so the wavelength of the received signal changes. The frequency of the virtual reception signal also changes because the speed of light in free space is constant and the frequency is the speed of light divided by the wavelength. Finally, the meaning of the damping coefficient is as follows. The attenuation coefficient is a variable that determines the magnitude of the received signal. Factors that change the virtual received signal are affected by the virtual transmitter, the virtual receiver, and the distance between the scattering points and the physical properties of the scattering points (permittivity, permeability, etc.).

앞서 산란점은 가상의 송신 신호를 지연, 도플러 천이 감쇠 모두를 일으킨다고 설명하였다. 응답함수는 이 현상을 수학적으로 정의하기 위해 고안된 것이다. 이 함수는 입력으로 지연 시간과 도플러 천이량을 받고, 출력으로 단일 숫자를 출력한다. 만약

Figure 112019113780318-pat00009
번째 산란점이 가상의 송신 신호를
Figure 112019113780318-pat00010
만큼 지연시키고
Figure 112019113780318-pat00011
만큼 도플러 천이를 일으키며
Figure 112019113780318-pat00012
만큼 신호 감쇠를 일으킨다고 가정해보자. 그러면 응답함수 식은
Figure 112019113780318-pat00013
이다. 이 식의 의미를 서술하면 다음과 같다. Previously, it was explained that the scattering point causes both delay and Doppler shift attenuation of the virtual transmission signal. The response function is designed to mathematically define this phenomenon. This function takes a delay time and a Doppler shift as input, and outputs a single number as output. if
Figure 112019113780318-pat00009
The second scattering point represents the virtual transmission signal.
Figure 112019113780318-pat00010
delay as much
Figure 112019113780318-pat00011
causing a Doppler shift
Figure 112019113780318-pat00012
Assume that it causes signal attenuation by Then the response function is
Figure 112019113780318-pat00013
am. The meaning of this expression is described as follows.

이 수식은 감쇠 계수와 두 개의 디랙 텔타 함수 (

Figure 112019113780318-pat00014
, Dirac-delta function) 의 곱으로 표현되어 있다. 본 발명에서 정의한 함수
Figure 112019113780318-pat00015
는 디랙 텔타 함수이며 정의는 다음과 같다. 함수의 입력이 0이면 무한대이고 0이 아닐 경우 0을 출력한다. 또한 디랙 델타 함수를 실수 전체 영역에 대해 적분했을 때 값은 1이다. 이 응답 함수를 수신 신호 식
Figure 112019113780318-pat00016
에 대입 할 경우 수신 신호
Figure 112019113780318-pat00017
는 정확히 지연
Figure 112019113780318-pat00018
, 도플러 천이
Figure 112019113780318-pat00019
와 감쇠
Figure 112019113780318-pat00020
가 적용된 송신 신호,
Figure 112019113780318-pat00021
이다.)This formula consists of the damping coefficient and two Dirac delta functions (
Figure 112019113780318-pat00014
, is expressed as a product of the Dirac-delta function). Functions defined in the present invention
Figure 112019113780318-pat00015
is a Dirac delta function and its definition is as follows. If the input of the function is 0, it is infinity and if it is not 0, 0 is output. Also, when the Dirac delta function is integrated over the whole real area, the value is 1. Convert this response function to the received signal expression
Figure 112019113780318-pat00016
Receive signal when substituting into
Figure 112019113780318-pat00017
is exactly the delay
Figure 112019113780318-pat00018
, Doppler shift
Figure 112019113780318-pat00019
with attenuation
Figure 112019113780318-pat00020
The transmitted signal to which
Figure 112019113780318-pat00021
am.)

이를 위 식에 대입하면Substituting this into the above expression

Figure 112019113780318-pat00022
Figure 112019113780318-pat00022

과 같이 된다. 각각의 목표물이 S개의 점 scatterer로 되어 있고, 이러한 점 scatterer는 가상의 송신기로부터 들어오는 신호마다 (가상의 송신기로부터의 거리+가상의 수신기로부터의 거리) 에 비례하는 단일한 delay

Figure 112019113780318-pat00023
를 가지고 (가상의 송신기 입장에서의 속도+가상의 수신기 입장에서의 속도)에 비례하는 단일한 Doppler shift
Figure 112019113780318-pat00024
, 그리고 scatterer의 유전율과 크기에 비례하며, 송신기와 수신기에서 각각 scatterer로의 거리의 제곱에 반비례하는 감쇠 계수 (attenuation factor)
Figure 112019113780318-pat00025
를 가진다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.becomes like Each target is made of S point scatterers, and these point scatterers have a single delay proportional to each incoming signal from the virtual transmitter (distance from the virtual transmitter + distance from the virtual receiver).
Figure 112019113780318-pat00023
A single Doppler shift proportional to (velocity at the point of the virtual transmitter + speed at the point of the virtual receiver) with
Figure 112019113780318-pat00024
, and an attenuation factor proportional to the permittivity and size of the scatterer and inversely proportional to the square of the distance from the transmitter and receiver to the scatterer, respectively.
Figure 112019113780318-pat00025
have This can be expressed as a formula as follows.

Figure 112019113780318-pat00026
Figure 112019113780318-pat00026

(

Figure 112019113780318-pat00027
: 산란 물체의 응답 함수 (1,2,..S 번째 산란점 (scatterer)의 응답 함수의 합)(
Figure 112019113780318-pat00027
: The response function of the scattering object (sum of the response functions of the 1, 2,..S-th scatterers)

Figure 112019113780318-pat00028
: j 번째 산란점 (scatterer)의 응답 함수
Figure 112019113780318-pat00028
: Response function of the j-th scatterer

Figure 112019113780318-pat00029
: 지연 시간
Figure 112019113780318-pat00029
: delay time

Figure 112019113780318-pat00030
: 도플러 천이
Figure 112019113780318-pat00030
: Doppler shift

Figure 112019113780318-pat00031
j 번째 산란점의 도플러 천이
Figure 112019113780318-pat00031
Doppler shift of the j-th scattering point

Figure 112019113780318-pat00032
: 디랙 델타 함수)
Figure 112019113780318-pat00032
: Dirac delta function)

여기서, 가상의 송신기의 위치를

Figure 112019113780318-pat00033
, 가상의 수신기의 위치를
Figure 112019113780318-pat00034
, s번째 scatterer의 위치를
Figure 112019113780318-pat00035
라고 했을 때
Figure 112019113780318-pat00036
는Here, the location of the virtual transmitter
Figure 112019113780318-pat00033
, the location of the virtual receiver
Figure 112019113780318-pat00034
, the position of the s-th scatterer
Figure 112019113780318-pat00035
when said
Figure 112019113780318-pat00036
is

Figure 112019113780318-pat00037
Figure 112019113780318-pat00037

(

Figure 112019113780318-pat00038
: 빛의 속도 (
Figure 112019113780318-pat00038
: Speed of light

Figure 112019113780318-pat00039
: 거리 함수
Figure 112019113780318-pat00040
,
Figure 112019113780318-pat00041
)
Figure 112019113780318-pat00039
: distance function
Figure 112019113780318-pat00040
,
Figure 112019113780318-pat00041
)

입력: 2개의 3차원 좌표, 출력: 두 좌표간의 거리)input: two 3D coordinates, output: distance between the two coordinates)

로 나타내어진다. 여기서 scatterer의 위치

Figure 112019113780318-pat00042
는 거의 변하지 않는다고 가정한다.is represented by where the scatterer is
Figure 112019113780318-pat00042
is assumed to change little.

같은 방식으로, s번째 scatterer가 가지는 가상의 송신기로부터 멀어지는 방향의 속도를

Figure 112019113780318-pat00043
, 가상의 수신기로부터 멀어지는 방향의 속도를
Figure 112019113780318-pat00044
이라고 했을 때,
Figure 112019113780318-pat00045
는In the same way, the speed in the direction away from the virtual transmitter of the s-th scatterer
Figure 112019113780318-pat00043
, the velocity in the direction away from the virtual receiver
Figure 112019113780318-pat00044
when said,
Figure 112019113780318-pat00045
is

Figure 112019113780318-pat00046
Figure 112019113780318-pat00046

Figure 112019113780318-pat00047
: j 번째 산란점의 도플러 천이
Figure 112019113780318-pat00047
: Doppler shift of the j-th scattering point

로 나타내어진다. 여기서

Figure 112019113780318-pat00048
는 이 신호의 carrier frequency이다.is represented by here
Figure 112019113780318-pat00048
is the carrier frequency of this signal.

위의

Figure 112019113780318-pat00049
를 적용했을 때, 가상의 수신기의 신호는 최종적으로Over
Figure 112019113780318-pat00049
When , the signal of the virtual receiver is finally

Figure 112019113780318-pat00050
Figure 112019113780318-pat00050

Figure 112019113780318-pat00051
Figure 112019113780318-pat00051

(

Figure 112019113780318-pat00052
:
Figure 112019113780318-pat00053
만큼 지연된 가상의 송신 신호(
Figure 112019113780318-pat00052
:
Figure 112019113780318-pat00053
virtual transmit signal delayed by

t : 시간

Figure 112019113780318-pat00054
: 감쇠 계수
Figure 112019113780318-pat00055
: 가상의 송신 신호 i:허수 단위 )t: time
Figure 112019113780318-pat00054
: damping coefficient
Figure 112019113780318-pat00055
: virtual transmission signal i: imaginary unit )

와 같이 된다. 최종적으로 이 수식을 적용하여 각 가상의 송신기에 대한 가상의 수신기의 수신 신호를 합성한다.becomes like Finally, by applying this equation, the received signal of the virtual receiver for each virtual transmitter is synthesized.

이렇게 합성된 수신 신호는 장치에 저장되어야 하므로 일정한 sampling rate

Figure 112019113780318-pat00056
마다 값을 가지는 수열로 저장되는데 수열로 저장되는 형태의 수신 신호는 다음과 같다.Since the received signal synthesized in this way must be stored in the device, a constant sampling rate
Figure 112019113780318-pat00056
Each value is stored as a sequence, and the received signal stored as a sequence is as follows.

Figure 112019113780318-pat00057
Figure 112019113780318-pat00057

(

Figure 112019113780318-pat00058
: 가상의 송신 신호(
Figure 112019113780318-pat00058
: virtual transmission signal

Figure 112019113780318-pat00059
: 신호 샘플링 주기
Figure 112019113780318-pat00059
: signal sampling period

Figure 112019113780318-pat00060
: 이 수식은 컴퓨터에서 처리하는 신호는 모두 디지털이기 때문에 시간에 따라 연속인 수신 신호를 일정 시간 간격으로 샘플링하는 과정이 필요하기 때문에 도입되었다. 여기서
Figure 112019113780318-pat00061
은 가상의 수신 신호를
Figure 112019113780318-pat00062
시간 간격으로 샘플링 했을 때 샘플링 시점을 나타낸 것이다.)
Figure 112019113780318-pat00060
: This formula was introduced because all of the signals processed by the computer are digital, so it is necessary to sample the received signal, which is continuous according to time, at regular time intervals. here
Figure 112019113780318-pat00061
is a virtual received signal.
Figure 112019113780318-pat00062
It indicates the sampling point when sampling at time intervals.)

최종적으로 이와 같은 알고리즘이 설계된 가상 수신신호 획득부(110)에서는 충분히 많은 종류의 송신 waveform 설계와 scatterer 설계를 통해서 레이더의 검증에 일차적으로 필요한 다량의 가상의 수신신호를 생성해낸다.Finally, the virtual reception signal acquisition unit 110 in which such an algorithm is designed generates a large amount of virtual reception signals primarily necessary for radar verification through sufficiently many types of transmission waveform designs and scatterer designs.

도 3은 레이더 수신신호 획득부(120)의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다.3 is a diagram referenced to explain the operation of the radar reception signal acquisition unit 120 .

레이더 수신신호 획득부(120)는 합성 목표물에 대응하는 실제 목표물로 송신된 레이더 송신신호가 상기 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 획득할 수 있다(s220).The radar reception signal acquisition unit 120 may acquire a radar reception signal in which a radar transmission signal transmitted to an actual target corresponding to the synthesized target is reflected from the actual target (s220).

레이더 수신신호 획득부(120)는 가상 수신신호 획득부(110)와 다르게, 가상의 수신신호를 획득하는 것이 아닌 실제 물리적인 전파 신호인 레이더 수신신호를 획득할 수 있다. Unlike the virtual reception signal acquisition unit 110 , the radar reception signal acquisition unit 120 may acquire a radar reception signal that is an actual physical radio signal instead of acquiring a virtual reception signal.

실시예에 따라 레이더 신호 처리 장치(1)와 별도의 외부 송신기(예> 도 3의 신호 전송 장치 및 RF 신호 생성 장치)를 통해 레이더 송신신호가 생성되고, 송신 안테나를 통해 실제 목표물로 레이더 송신신호가 송신되면, 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 수신 안테나를 통해 RF 신호 수신 장치에서 수신하여 신호 수신/저장 장치에 저장할 수 있다. 즉, 도 3a의 RF 신호 수신 장치 및/또는 신호 수신/저장 장치가 본 발명의 레이더 수신신호 획득부(120)에 대응될 수 있다. According to an embodiment, a radar transmission signal is generated through the radar signal processing device 1 and a separate external transmitter (eg, the signal transmission device and the RF signal generation device of FIG. 3 ), and a radar transmission signal to an actual target through a transmission antenna is transmitted, the radar reception signal reflected from the actual target may be received by the RF signal reception device through the reception antenna and stored in the signal reception/storage device. That is, the RF signal reception apparatus and/or the signal reception/storage apparatus of FIG. 3A may correspond to the radar reception signal acquisition unit 120 of the present invention.

다만, 다른 실시예에 따르면, 레이더 수신신호 획득부(120)에서 레이더 송신신호를 생성하고 실제 목표물로 레이더 송신신호를 전송하여 실제 목표물로부터 반사된 레이더 신호를 수신하는 일련의 과정을 모두 수행하도록 구현할 수도 있다. However, according to another embodiment, the radar reception signal acquisition unit 120 generates a radar transmission signal and transmits the radar transmission signal to an actual target to implement all of a series of processes of receiving the radar signal reflected from the actual target. may be

실시예에 따라 레이더 송신신호를 송신 및 레이더 수신신호를 수신하는 일련의 과정은 물리적으로 구성해놓은 변조/복조 회로를 소프트웨어적으로 처리하는 통신 기술인 SDR(Software Defined Radio) 을 활용하여 수행될 수 있다.According to an embodiment, a series of processes of transmitting a radar transmission signal and receiving a radar reception signal may be performed using software defined radio (SDR), a communication technology that processes a physically configured modulation/demodulation circuit in software.

도 3은 신호 전송 장치, RF 신호 생성 장치와 이를 전송하는 송신 안테나, 수신하는 수신 안테나, RF 신호 수신 장치 및 수신한 신호를 저장하는 장치로 구성되어 있다. 수신하는 신호가 실제 신호라는 점을 제외하면 수식은 도 2c에서 소개한 바와 같다. RF 신호 생성 장치는 신호 전송 장치로부터 수신한 가상의 송신 신호에 대응하는 RF 신호를 생성할 수 있다. 3 is composed of a signal transmitting apparatus, an RF signal generating apparatus, a transmitting antenna for transmitting the same, a receiving antenna, an RF signal receiving apparatus, and an apparatus for storing the received signal. Except that the received signal is an actual signal, the equation is the same as that introduced in FIG. 2C. The RF signal generating apparatus may generate an RF signal corresponding to the virtual transmission signal received from the signal transmitting apparatus.

도 4는 실시예에 따른 신호 분석부(130)의 동작을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 4 is a diagram referenced to explain the operation of the signal analyzer 130 according to the embodiment.

신호 분석부(130)는 가상의 수신신호와 레이더 수신신호를 분석하고, 분석 결과를 이용하여 생성기(140)에 의한 검증신호 생성 및 판별기(150)에 의한 검증신호의 정확도 판별 과정이 수행되도록 할 수 있다.(s230) 예를 들어, 수신신호를 기저대역으로 복조하여 복조된 신호를 자기 상관 함수(Auto Correction funciton)을 이용하여 자기 상관을 수행하는 과정을 포함할 수 있다. The signal analyzer 130 analyzes the virtual received signal and the radar received signal, and uses the analysis result to generate a verification signal by the generator 140 and determine the accuracy of the verification signal by the discriminator 150 so that the process is performed. (s230) For example, the method may include a process of demodulating a received signal to a baseband and performing autocorrelation on the demodulated signal using an auto-correction function.

실시예에 따라 신호 분석부(130)에 의한 신호 분석은 생성된 신호의 파형 자체를 분석할 수 있고, 다른 실시예에 따라 생성된 신호를 스펙트로그램 형태로 변환하여 이루어질 수도 있다. 후자의 경우, 물체가 주기적인 움직임을 가질 경우, 수신 신호 또한 주기성을 가질 수 있다, 수신 신호에 주기성을 가질 경우, 수신 신호를 스펙트로그램으로 변환 할 경우 스펙트로그램이 희소한 형태를 가진다. (변환된 수신 신호는 소수의 신호의 크기가 큰 부분 (또는 중요한 부분)과 다수의 신호의 크기가 작은 부분 (또는 중요하지 않은 부분)들로 표현됨). 따라서 신호를 스펙트로그램으로 수신 신호의 중요 부분을 강조할 수 있으므로 생성기 및 판별기가 학습하는데 도움을 줄 수 있다.According to an embodiment, the signal analysis by the signal analyzer 130 may analyze the waveform itself of the generated signal, or according to another embodiment, may be performed by converting the generated signal into a spectrogram form. In the latter case, when the object has periodic motion, the received signal may also have periodicity. When the received signal has periodicity, the spectrogram has a sparse form when the received signal is converted into a spectrogram. (The converted received signal is expressed by a small number of large portions (or significant portions) and a large number of small portions (or insignificant portions). Thus, the signal spectrogram can highlight important parts of the received signal, which can help generators and discriminators learn.

후자의 경우, 구체적으로 신호 분석부(130)는 가상의 수신신호 및 레이더 수신신호 중 적어도 하나를 시간에 대응하는 주파수의 형태로 변환하여 각각에 대한 변환 신호를 생성할 수 있다. In the latter case, specifically, the signal analysis unit 130 may convert at least one of a virtual received signal and a radar received signal into a frequency form corresponding to time to generate a converted signal for each.

구체적으로, 스펙트로그램은 시간에 따라 신호의 주파수 요소가 변화하는 양상을 시각적으로 또는 벡터/행렬 형태로 나타낸 것이다. 이는 시간에 따라서 목표물과 환경의 양상이 변화할 때 그 변화 형태를 표현하기에 적합하다. Specifically, the spectrogram is a visual or vector/matrix form of a change in the frequency component of a signal with time. This is suitable for expressing the change form when the aspect of the target and environment changes according to time.

즉, 스펙트로그램 (spectrogram) 은 신호를 여러 시간으로 나누어 각 시간에서의 주파수 성분을 모두 기록한 것으로, 시간 축과 주파수 축으로 이루어진다. 가장 기본적인 스펙트로그램의 예시로는 Short-time Fourier transform (STFT) 가 있다. STFT는 주어진 샘플링 신호를 여러 시간 간격에 대해서 Fourier transform을 취한 것이다.That is, a spectrogram divides a signal into several times and records all frequency components at each time, and consists of a time axis and a frequency axis. The most basic example of a spectrogram is the Short-time Fourier transform (STFT). STFT is a Fourier transform of a given sampling signal over several time intervals.

샘플링된 신호

Figure 112019113780318-pat00063
에 대해서, window 크기 K, 중첩 샘플 L이라고 하고 window 함수를
Figure 112019113780318-pat00064
으로 놓았을 때 STFT 식은 다음과 같다.sampled signal
Figure 112019113780318-pat00063
For , let the window size K, the overlapping sample L, and let the window function
Figure 112019113780318-pat00064
When set to , the STFT expression is as follows.

Figure 112019113780318-pat00065
Figure 112019113780318-pat00065

위 수식은 샘플링한 수신 신호를 스펙트로그램으로 변환하는 과정을 수식화 한 것이다. The above formula is a formula for converting the sampled received signal into a spectrogram.

Figure 112019113780318-pat00066
: 어떤 이산 시간 n, 이산 주파수 k에 대한 스펙트로그램. 각 이산 시간 n (실제 시간은
Figure 112019113780318-pat00067
) 에서의 푸리에 변환 값을 저장한다.
Figure 112019113780318-pat00066
: Spectrogram for any discrete time n, discrete frequency k. Each discrete time n (actual time is
Figure 112019113780318-pat00067
) and store the Fourier transform value in .

Figure 112019113780318-pat00068
: 이산 시간 n에서의 샘플링된 이후의 수신 신호. 여기서도 실제 시간은
Figure 112019113780318-pat00069
이다.
Figure 112019113780318-pat00068
: Received signal after sampling at discrete time n. Here, too, the actual time
Figure 112019113780318-pat00069
am.

Figure 112019113780318-pat00070
: window 함수. 시간
Figure 112019113780318-pat00071
주변에서의 일정 영역에서만 양수값을 가지고 그 밖의 영역에서는 0 값을 가진다. 아래의 Hann window 함수 그래프가 그 예시다. 왼쪽의 시간에 따른 amplitude 그래프에 따르면 일정 시간 영역에서만 양수값을 가지고, 이는 주어진 샘플링된 신호 x 중에서 일부분만이 spectrogram
Figure 112019113780318-pat00072
를 형성하는 데에 쓰이도록 한다.
Figure 112019113780318-pat00070
: window function. time
Figure 112019113780318-pat00071
It has a positive value only in a certain area around it and has a value of 0 in other areas. The Hann window function graph below is an example. According to the amplitude graph over time on the left, it has a positive value only in a certain time domain, which means that only a part of the given sampled signal x
Figure 112019113780318-pat00072
to be used to form

Figure 112019113780318-pat00073
Figure 112019113780318-pat00073

n: 이산 시간 <실제 시간은 n x (샘플링 주기 or

Figure 112019113780318-pat00074
) 이다. 시간에 대한 물리적인 의미를 담아 스펙트로그램 식을 쓸려면
Figure 112019113780318-pat00075
으로 쓰는게 바람직하나 보통 STFT 에대해 수식을 쓸 때 편의상
Figure 112019113780318-pat00076
을 생략 한다 >n: discrete time <actual time is nx (sampling period or
Figure 112019113780318-pat00074
) to be. To write a spectrogram expression with the physical meaning of time
Figure 112019113780318-pat00075
It is preferable to write it as , but for convenience when writing formulas for STFT
Figure 112019113780318-pat00076
omit >

Figure 112019113780318-pat00077
: 윈도우 길이. 위의 window 함수의 정의에 따라 window 함수의 값이 0이 아닌 영역의 크기를 의미한다.
Figure 112019113780318-pat00077
: window length. According to the definition of the window function above, it means the size of the area where the value of the window function is not 0.

L: 시간 축에서 중첩할 샘플 L: Samples to be superimposed on the time axis

exp: 자연로그의 밑을 밑으로 갖는 지수함수exp: an exponential function whose base is the natural logarithm

Figure 112019113780318-pat00078
Figure 112019113780318-pat00078

Figure 112019113780318-pat00079
Figure 112019113780318-pat00079

k: 이산 주파수 <실제 주파수는 k x (샘플링 주파수 or 1/(

Figure 112019113780318-pat00080
) )이다. 주파수에 대한 물리적인 의미를 담아 스펙트로그램 식을 쓸려면
Figure 112019113780318-pat00081
으로 쓰는게 바람직하나 보통 STFT 에 대해 수식을 쓸 때 편의상 1/(
Figure 112019113780318-pat00082
) 을 생략 한다 >k: discrete frequency <actual frequency is kx (sampling frequency or 1/(
Figure 112019113780318-pat00080
) )am. To write a spectrogram expression with the physical meaning of frequency
Figure 112019113780318-pat00081
It is preferable to write it as 1/(
Figure 112019113780318-pat00082
) is omitted.

Figure 112019113780318-pat00083
: nL~nL+(K-1) 까지의 숫자가 될 수 있으며, 이러한 이유는 window function이 해당 영역에서만 0이 아닌 값을 가지기 때문이다.
Figure 112019113780318-pat00083
: It can be a number from nL to nL+(K-1), because the window function has a non-zero value only in the corresponding area.

예를 들면, 100 Hz에서 시작하여 200 Hz를 넘어서는 quadratic chirp (시간에 따라서 주파수가 2차함수를 따라서 증가하는 사인파 형태의 신호) 를 설계했을 때, 이를 sampling rate 1 kHz, window 크기 128, 중첩 샘플 길이 (인접한 window마다 겹치는 샘플 개수) 120으로 놓고 STFT를 취하면 도 4와 같은 스펙트로그램이 나타난다.For example, when designing a quadratic chirp (a signal in the form of a sine wave whose frequency increases with time according to a quadratic function) that starts at 100 Hz and exceeds 200 Hz, it is used with a sampling rate of 1 kHz, window size of 128, and overlapping samples. If the length (the number of overlapping samples for each adjacent window) is set to 120 and STFT is taken, a spectrogram as shown in FIG. 4 appears.

다만, 이는 일 실시예이며 다른 실시예에 따라 STFT로부터 추출한 주파수 변화가 얼마나 주기적으로 변하는지를 측정하는 Candence-Velocity Diagram(CVD)를 더 이용하여 신호의 형태를 변환하여 활용할 수도 있다.However, this is an embodiment, and according to another embodiment, a signal shape may be converted and utilized by further using a Candence-Velocity Diagram (CVD) that measures how periodically the frequency change extracted from the STFT changes.

도 5는 생성기(140) 및 판별기(150)를 이용해 가상의 수신신호에 대응하는 정확도가 높은 검증신호를 생성하는 과정을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. FIG. 5 is a diagram referenced to explain a process of generating a verification signal with high accuracy corresponding to a virtual received signal using the generator 140 and the discriminator 150 .

실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호는 일반적으로 소량이므로 그 정체를 정확하게 판별하기 어렵다. 따라서, 소량의 레이더 수신신호에 대응하는 가공 신호를 다량으로 생성해놓고 다량의 가공 신호가 실제 레이더 수신신호와 같은 실제 참 신호인지 여부를 판별함으로서, 생성된 다량의 가공된 레이더 신호의 정확도를 향상시키도록 하는 것이다. 여기서 다량의 가공된 레이더 신호가 후술할 검증신호이다.Since the received radar signal reflected from the actual target is generally small, it is difficult to accurately determine its identity. Therefore, by generating a large amount of processed signal corresponding to a small amount of radar reception signal and determining whether the large amount of processing signal is an actual true signal such as an actual radar reception signal, the accuracy of the generated large amount of processed radar signal is improved. is to make it Here, a large amount of processed radar signals are verification signals to be described later.

이러한 생성기(140) 및 판별기(150)를 통한 검증신호 생성 및 판별은 생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Networks, GAN)에 기반한 딥 러닝 학습 과정을 통해 수행될 수 있다.The verification signal generation and discrimination through the generator 140 and the discriminator 150 may be performed through a deep learning learning process based on a generative adversarial network (GAN).

생성적 적대 신경망(Generative Adversarial Networks, GAN)은 가상의 데이터 샘플을 생성하는 생성기(140)와 입력된 데이터 샘플이 실제 데이터인지 여부를 판별하는 판별기(150)로 구성되고, 생성기(140)와 판별기(150)간의 적대적 트레이닝(adversarial training)을 통해 구축되는 기계 학습 모델을 의미한다.A generative adversarial network (GAN) consists of a generator 140 that generates a virtual data sample and a discriminator 150 that determines whether the input data sample is real data, and the generator 140 and It refers to a machine learning model built through adversarial training between the discriminators 150 .

실시예에 따르면, 생성기(140)는 가상의 수신신호와 레이더 수신신호를 이용하여 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 생성할 수 있다.(s240)According to an embodiment, the generator 140 may generate a verification signal corresponding to the radar reception signal by using the virtual reception signal and the radar reception signal (s240).

생성기(140)는 입력 노드로 가상의 수신신호와 레이더 수신신호를 입력받아 출력 노드로 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 출력하는 기계 학습을 반복적으로 수행하여 제작되는 생성 모델일 수 있다. 즉, 생성기(140)는 가상의 수신신호로부터 검증신호를 생성하는 과정에서 레이더 수신신호를 함께 참조할 수 있다. 구체적으로, 가상의 수신신호와 레이더 수신신호를 결합하여 검증신호를 생성할 수 있다.The generator 140 may be a generation model manufactured by repeatedly performing machine learning that receives a virtual reception signal and a radar reception signal as an input node and outputs a verification signal corresponding to the radar reception signal as an output node. That is, the generator 140 may refer to the radar reception signal together in the process of generating the verification signal from the virtual reception signal. Specifically, the verification signal may be generated by combining the virtual reception signal and the radar reception signal.

실시예에 따르면, 판별기(150)는 레이더 수신신호와 검증신호를 비교하여 검증신호의 정확도를 판별할 수 있다.(s250)According to an embodiment, the discriminator 150 may determine the accuracy of the verification signal by comparing the radar reception signal and the verification signal (s250).

판별기(150)는 입력 노드로 레이더 수신신호와 검증신호를 입력받아 출력 노드로 검증신호의 정확도 판별 결과를 출력하는 기계 학습을 반복적으로 수행하여 제작되는 학습 모델일 수 있다. 즉, 판별기(150)는 검증신호가 레이더 수신신호와 같은 참(real) 신호인지 아니면 거짓(fake) 신호인지를 판별하는 기계 학습을 반복적으로 수행함으로서 정확도 판별 결과를 출력할 수 있다. 예를 들어, 참(real)일 경우 '0'을 출력하고, 거짓(fake)일 경우 '1'로 출력할 수 있다.The discriminator 150 may be a learning model manufactured by repeatedly performing machine learning that receives a radar reception signal and a verification signal as an input node and outputs an accuracy determination result of the verification signal as an output node. That is, the discriminator 150 may output the accuracy determination result by repeatedly performing machine learning to determine whether the verification signal is a real signal such as a radar reception signal or a fake signal. For example, if it is true, '0' may be output, and if it is false, it may be output as '1'.

이후, 생성기(140)는 판별기(150)의 검증신호에 대한 정확도 판별 결과를 기초로, 거짓(fake)일 경우가 도출되는 경우, 판별기(150)가 모든 검증신호를 참(real) 신호인 것으로 착각할 수 있도록 하는 방향으로 검증신호의 생성 작업을 반복할 수 있다. 그리고, 이에 따라서, 생성기(140)와 판별기(150)와의 적대적 과정 수행을 반복함으로서, 결과적으로 최종적으로 생성된 검증신호가 참(real) 신호인 확률 분포가 높아지게 되는 것이다.Thereafter, when a false case is derived based on the accuracy determination result for the verification signal of the discriminator 150, the generator 140 converts all the verification signals to the real signal. The generation of the verification signal can be repeated in a direction that can be mistaken for And, according to this, by repeating the hostile process between the generator 140 and the discriminator 150, as a result, the probability distribution that the finally generated verification signal is a real signal increases.

전술한 과정에서 생성기(140)와 판별기(150)를 구성하는 각 신경망의 각 변수들이 갱신될 수 있다.In the process described above, each variable of each neural network constituting the generator 140 and the discriminator 150 may be updated.

실시예에 따른 생성기(140) 및 판별기(150)는, 컨볼루션 신경망(Convolution Neural Network, CNN) 및 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 중 적어도 하나를 이용하여 기계 학습을 수행하도록 구현할 수 있다. 다만, 이는 일 실시예이며 다른 종류의 신경망들을 이용하는 경우에도 본원 발명이 동일/유사하게 적용될 수 있다.The generator 140 and the discriminator 150 according to the embodiment may be implemented to perform machine learning using at least one of a convolutional neural network (CNN) and a recurrent neural network (RNN). . However, this is an embodiment and the present invention may be applied in the same/similar manner even when other types of neural networks are used.

이하에서는, 생성기(140)와 판별기(150)를 훈련시키기 위한 알고리즘을 설명한다. Hereinafter, an algorithm for training the generator 140 and the discriminator 150 will be described.

일단, 가상의 수신신호는 x로 설정하고, 검증신호는 G(x)로 설정하며, 레이더 수신신호는 y로 설정한다. First, the virtual reception signal is set to x, the verification signal is set to G(x), and the radar reception signal is set to y.

그리고, 생성기(140, G)의 loss function은 다음과 같다.And, the loss function of the generator (140, G) is as follows.

Figure 112019113780318-pat00084
Figure 112019113780318-pat00085
(1)
Figure 112019113780318-pat00084
Figure 112019113780318-pat00085
(One)

Figure 112019113780318-pat00086
(2)
Figure 112019113780318-pat00086
(2)

여기서, here,

Figure 112019113780318-pat00087
생성기
Figure 112019113780318-pat00087
generator

입력: 가상의 수신 신호

Figure 112019113780318-pat00088
Input: virtual incoming signal
Figure 112019113780318-pat00088

출력: 검증 신호Output: Verification signal

Figure 112019113780318-pat00089
분류기
Figure 112019113780318-pat00089
classifier

입력: 검증 신호

Figure 112019113780318-pat00090
또는 레이더 수신 신호
Figure 112019113780318-pat00091
Input: Verification signal
Figure 112019113780318-pat00090
or radar reception signal
Figure 112019113780318-pat00091

출력: 판별 결과 (단일 숫자)Output: Discriminant result (single number)

Figure 112019113780318-pat00092
가상의 수신신호의 확률 분포
Figure 112019113780318-pat00092
Probability distribution of virtual received signal

Figure 112019113780318-pat00093
레이더 수신신호의 확률 분포
Figure 112019113780318-pat00093
Probability distribution of radar reception signal

Figure 112019113780318-pat00094
가상의 수신신호의 확률에 대한 평균값
Figure 112019113780318-pat00094
Average value of probability of virtual received signal

Figure 112019113780318-pat00095
가상의 수신신호와 레이더 수신신호의 결합확률분포
Figure 112019113780318-pat00095
Combination Probability Distribution of Virtual Received Signal and Radar Received Signal

Figure 112019113780318-pat00096
: 가상의 수신신호와 레이더 수신신호의 결합확률분포에 대한 평균값
Figure 112019113780318-pat00096
: Average value of combined probability distribution of virtual received signal and radar received signal

제 1 제약 조건: 레이더 수신신호와 검증 신호가 같아야한다 1st constraint: Radar reception signal and verification signal must be the same

제 2 제약 조건: 가상의 수신신호와 검증 신호가 같아야한다 Second constraint: The virtual reception signal and the verification signal must be the same

Figure 112019113780318-pat00097
제 1 제약 조건을 만족시키기 위한 라그랑지승수
Figure 112019113780318-pat00097
Lagrangian multiplier to satisfy the first constraint

Figure 112019113780318-pat00098
제 2 제약 조건을 만족시키기 위한 라그랑지승수
Figure 112019113780318-pat00098
Lagrangian multipliers to satisfy the second constraint

Figure 112019113780318-pat00099
시그모이드 함수
Figure 112019113780318-pat00100
Figure 112019113780318-pat00099
sigmoid function
Figure 112019113780318-pat00100

Figure 112019113780318-pat00101
L1 norm
Figure 112019113780318-pat00101
L1 norm

Figure 112019113780318-pat00102
L2 norm
Figure 112019113780318-pat00102
L2 norm

Figure 112019113780318-pat00103
생성기의 목적 함수
Figure 112019113780318-pat00103
generator objective function

판별기가 검증 신호를 '참'이라고 판단하고, 제 1 제약 조건 및 제 2 제약 조건을 만족하는지를 측정The discriminator determines that the verification signal is 'true', and measures whether the first constraint and the second constraint are satisfied.

3가지 조건을 모두 만족하기 위해서는 생성기의 목적 함수를 최소화해야함To satisfy all three conditions, the objective function of the generator must be minimized.

또, 판별기(150, D)의 loss function은 다음과 같다.In addition, the loss function of the discriminator 150, D is as follows.

Figure 112019113780318-pat00104
Figure 112019113780318-pat00104

(

Figure 112019113780318-pat00105
판별기에 레이더 수신신호를 입력으로 넣었을 때 판단 결과 (단일 숫자)(
Figure 112019113780318-pat00105
Judgment result when the radar reception signal is input to the discriminator (single number)

Figure 112019113780318-pat00106
판별기의 목적함수
Figure 112019113780318-pat00106
The objective function of the discriminator

판별기가 검증 신호를 '거짓'이라고 판단하고, 레이더 수신신호를 '참'이라고 판단하는지를 측정Measures whether the discriminator judges the verification signal as 'false' and the radar reception signal as 'true'

2가지 조건을 모두 만족하기 위해서는 생성기의 목적 함수를 최소화해야함)To satisfy both conditions, the objective function of the generator must be minimized)

이는 이미지 자료의 국소 정보의 복구에 대해서 특화된 생성모델인 LSGAN을 기반으로, style transfer를 위한 regularizer term을 추가한 것이다. L1-term(1)은 sparse한 레이더 수신신호 y와 검증 신호 G(x)의 유사점을 훈련시키기 위해서 도입되었고, L2-term(2)은 가상의 수신신호 x와 검증 신호G(x)가 국소적으로 같은 성질을 갖게 하기 위하여 도입되었다. 참고로, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 생성기가 달성해야 할 3가지 목표를 잡았고, 의미와 함수 식에 대해 상세히 서술하였다. 여기서 LSGAN 에 대한 서술은 기존 기술 내용이며, 생성기는 오직 판별기가 검증 신호를 '참'이라고 판단하게끔만 목적 함수가 설계되었다. 그런데 위의 방법으로는 생성기의 목표인 가상의 수신 신호를 검증신호로 스타일 변환 (Style transfer) 을 완전히 달성하지 못한다. 따라서, 본 발명은 생성기가 스타일 변환을 하고 있는지 직접적으로 측정할 수 있는 제약조건을 2가지를 설계했습니다. 또한 라그랑지 승수를 이용하여 기존 LSGAN에서 사용한 목적함수와 제약 조건을 만족하는지를 측정하는 함수를 결합시켰다. 결과적으로 본 발명에서 제안한 생성기의 목적함수를 통해 학습된 생성기는 기존 LSGAN 방식 보다 가상의 수신 신호를 검증 신호로 변환을 더 잘 할 여지가 있다.This is based on LSGAN, a generative model specialized for the recovery of local information of image data, and adds a regularizer term for style transfer. L1-term(1) was introduced to train the similarity between the sparse radar reception signal y and the verification signal G(x), and L2-term(2) is the virtual reception signal x and the verification signal G(x). It was introduced to have the same properties as enemies. For reference, in the present invention, as described above, three goals to be achieved by the generator were set, and the meaning and function expression were described in detail. Here, the description of the LSGAN is an existing technology, and the generator has an objective function designed only so that the discriminator determines that the verification signal is 'true'. However, the above method does not completely achieve style transfer from the virtual received signal to the verification signal, which is the goal of the generator. Therefore, the present invention designed two constraints that can directly measure whether the generator is performing style conversion. In addition, by using the Lagrangian multiplier, the objective function used in the existing LSGAN and the function measuring whether the constraint is satisfied were combined. As a result, the generator learned through the objective function of the generator proposed in the present invention has room to convert the virtual received signal into a verification signal better than the existing LSGAN method.

실시예에 따라 생성기(140)와 판별기(150)를 포함하는 제어부(100)는 적어도 하나의 하드웨어 칩 형태로 제작되어 레이더 신호 처리 장치(1)에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 제어부(100)는 인공지능(AI; artificial intelligence)을 위한 전용 하드웨어 칩 형태로 제작될 수도 있고, 또는 기존의 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor) 또는 그래픽 전용 프로세서(예: GPU)의 일부로 제작되어 레이더 신호 처리 장치(1)에 탑재될 수도 있다.According to an embodiment, the controller 100 including the generator 140 and the discriminator 150 may be manufactured in the form of at least one hardware chip and mounted on the radar signal processing apparatus 1 . For example, the controller 100 may be manufactured in the form of a dedicated hardware chip for artificial intelligence (AI), or a conventional general-purpose processor (eg, CPU or application processor) or a graphics-only processor (eg, GPU) ) may be manufactured as a part and mounted on the radar signal processing device 1 .

도 6은 일례로 임의의 드론에 대한 가상의 수신신호, 레이더 수신신호, 및 검증 신호의 형태를 비교한 결과를 도시한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 가상의 수신신호 x로부터 생성된 검증신호 G(x)는 레이더 수신신호 y를 참조하여 생성되었기 때문에 레이더 수신신호 y와 형태가 거의 유사한 것을 알 수 있다. 6 shows, for example, a result of comparing the forms of a virtual reception signal, a radar reception signal, and a verification signal for an arbitrary drone. As shown in FIG. 6 , it can be seen that the verification signal G(x) generated from the virtual reception signal x is almost similar in shape to the radar reception signal y because it is generated with reference to the radar reception signal y.

도 7은 서로 다른 3가지의 목표물이 존재하는 상황에서 레이더를 통하여 목표물을 탐지해야 할 때, (더하여 목표물이 존재하지 않는 상황에 대해서도) 올바른 물체를 탐지할 확률을 GAN으로 생성된 데이터가 더해졌을 때 (GANAug) 와 그렇지 않을 때 (STFT) 비교한 것이다. 7 shows the probability of detecting the correct object when the target needs to be detected through the radar in a situation where three different targets exist (in addition, the data generated by GAN is added to the probability of detecting the correct object) When (GANAug) and when not (STFT) are compared.

비교 결과, 도 7의 그래프에서는 데이터 양이 적은 mavic drone에서 데이터를 생성한 뒤에 성능을 비교한 결과 검출 정확도가 높아짐을 볼 수 있었다. 이는 GAN이 mavic drone에 대한 데이터를 성공적으로 생성하여 STFT로 변환했음을 의미한다.As a result of comparison, in the graph of FIG. 7 , it was found that the detection accuracy was increased as a result of comparing the performance after generating data in the mavic drone with a small amount of data. This means that the GAN successfully generated data for the mavic drone and converted it into STFT.

이상 설명된 실시 형태는 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 판독가능한 기록매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. The embodiments described above may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 컴퓨터로 판독가능한 기록매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터로 판독가능한 기록매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 실행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of the computer-readable recording medium include a hard disk, a magnetic medium such as a floppy disk and a magnetic tape, an optical recording medium such as a CD-ROM and DVD, and a magneto-optical medium such as a floppy disk. optical media), and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules for carrying out the processing according to the present invention, and vice versa.

본 명세서의 양상들은 전체적으로 하드웨어, 전체적으로 소프트웨어 (펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로 코드 등을 포함 함) 또는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 코드가 구현 된 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 매체에 구현 된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.Aspects herein may take the form of a computer program product embodied on one or more computer readable media embodied in hardware entirely, software entirely (including firmware, resident software, microcode, etc.) or computer readable program code. .

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, etc. described in the above embodiments are included in one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiment has been described above, it is merely an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are exemplified above in a range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It can be seen that various modifications and applications that have not been made are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

Claims (13)

합성 목표물로 송신한 가상의 송신신호를 상기 합성 목표물로부터 반사시켜 가상의 수신신호를 획득하는 가상 수신신호 획득부;
상기 합성 목표물에 대응하는 실제 목표물로 송신된 레이더 송신신호가 상기 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 획득하는 레이더 수신신호 획득부;
상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 이용하여 상기 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 생성하는 생성기; 및
상기 레이더 수신신호와 상기 검증신호를 비교하여 상기 검증신호의 정확도를 판별하는 판별기;를 포함하고,
상기 가상 수신신호 획득부는,
상기 합성 목표물을 포함하는 이미지 정보와 상기 이미지 정보에 대응하는 실제 환경 정보를 참조하여 상기 가상의 수신신호 획득을 수행하는,
레이더 신호 처리 장치.
a virtual reception signal acquisition unit configured to obtain a virtual reception signal by reflecting the virtual transmission signal transmitted to the synthesis target from the synthesis target;
a radar reception signal acquisition unit configured to acquire a radar reception signal in which a radar transmission signal transmitted to an actual target corresponding to the synthesized target is reflected from the actual target;
a generator for generating a verification signal corresponding to the radar reception signal by using the virtual reception signal and the radar reception signal; and
a discriminator that compares the radar reception signal with the verification signal to determine the accuracy of the verification signal;
The virtual reception signal acquisition unit,
acquiring the virtual reception signal with reference to image information including the synthesis target and real environment information corresponding to the image information,
Radar signal processing unit.
제 1항에 있어서,
상기 생성기는 상기 판별기로부터 생성된 상기 검증신호의 정확도 판별 결과를 기초로 최종 검증신호를 생성하는,
레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
The generator generates a final verification signal based on the accuracy determination result of the verification signal generated by the discriminator,
Radar signal processing unit.
제 1항에 있어서,
상기 생성기 및 상기 판별기는,
컨볼루션 신경망(Convolution Neural Network, CNN) 및 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 중 적어도 하나를 이용하여 기계 학습을 수행하는,
레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
The generator and the discriminator,
Performing machine learning using at least one of a convolutional neural network (CNN) and a recurrent neural network (RNN),
Radar signal processing unit.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 분석하는 신호분석부;를 더 포함하고,
상기 분석 결과를 이용하여 상기 생성기에 의한 상기 검증신호 생성 및 상기 판별기에 의한 상기 검증신호의 정확도 판별 과정을 수행하는,
레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 1,
Further comprising; a signal analysis unit for analyzing the virtual received signal and the radar received signal;
performing a process of generating the verification signal by the generator and determining the accuracy of the verification signal by the discriminator using the analysis result,
Radar signal processing unit.
제 5항에 있어서,
상기 신호분석부는,
상기 가상의 수신신호 및 상기 레이더 수신신호 중 적어도 하나를 시간에 대응하는 주파수의 형태로 변환하여 각각에 대한 변환 신호를 생성하고,
상기 변환 신호로 상기 분석 과정을 수행하는,
레이더 신호 처리 장치.
6. The method of claim 5,
The signal analysis unit,
converting at least one of the virtual reception signal and the radar reception signal into a form of a frequency corresponding to time to generate a converted signal for each;
performing the analysis process with the converted signal,
Radar signal processing unit.
가상 수신신호 획득부에 의해, 합성 목표물로 송신한 가상의 송신신호를 상기 합성 목표물로부터 반사시켜 가상의 수신신호를 획득하는 가상 수신신호 획득 단계;
레이더 수신신호 획득부에 의해, 상기 합성 목표물에 대응하는 실제 목표물로 송신된 레이더 송신신호가 상기 실제 목표물로부터 반사된 레이더 수신신호를 획득하는 레이더 수신신호 획득 단계;
생성기에 의해, 상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 이용하여 상기 레이더 수신신호에 대응하는 검증신호를 생성하는 생성 단계; 및
판별기에 의해, 상기 레이더 수신신호와 상기 검증신호를 비교하여 상기 검증신호의 정확도를 판별하는 판별 단계;를 포함하고,
상기 가상 수신신호 획득 단계는,
상기 합성 목표물을 포함하는 이미지 정보와 상기 이미지 정보에 대응하는 실제 환경 정보를 참조하여 상기 가상의 수신신호 획득을 수행하는,
레이더 신호 처리 방법.
a virtual reception signal acquisition step of obtaining, by a virtual reception signal acquisition unit, a virtual reception signal by reflecting the virtual transmission signal transmitted to the synthesis target from the synthesis target;
a radar reception signal acquisition step of acquiring, by a radar reception signal acquisition unit, a radar reception signal in which a radar transmission signal transmitted to an actual target corresponding to the synthesized target is reflected from the actual target;
a generating step of generating, by a generator, a verification signal corresponding to the radar received signal using the virtual received signal and the radar received signal; and
A discriminating step of determining, by a discriminator, the accuracy of the verification signal by comparing the radar reception signal with the verification signal;
The virtual reception signal acquisition step includes:
acquiring the virtual reception signal with reference to image information including the synthesis target and real environment information corresponding to the image information,
Radar signal processing method.
제 7항에 있어서,
상기 판별기로부터 생성된 상기 검증신호의 정확도 판별 결과를 기초로 최종 검증신호를 생성하는 단계;를 더 포함하는,
레이더 신호 처리 방법.
8. The method of claim 7,
Generating a final verification signal based on the accuracy determination result of the verification signal generated by the discriminator; further comprising,
Radar signal processing method.
제 7항에 있어서,
상기 생성 단계 및 상기 판별 단계는,
컨볼루션 신경망(Convolution Neural Network, CNN) 및 순환 신경망(Recurrent Neural Network, RNN) 중 적어도 하나를 이용하여 기계 학습을 수행하는,
레이더 신호 처리 방법.
8. The method of claim 7,
The generating step and the determining step are,
Performing machine learning using at least one of a convolutional neural network (CNN) and a recurrent neural network (RNN),
Radar signal processing method.
삭제delete 제 7항에 있어서,
신호분석부에 의해, 상기 가상의 수신신호와 상기 레이더 수신신호를 분석하는 분석 단계;를 더 포함하고,
상기 분석 결과를 이용하여 상기 생성기에 의한 상기 검증신호 생성 및 상기 판별기에 의한 상기 검증신호의 정확도 판별 과정을 수행하는,
레이더 신호 처리 방법.
8. The method of claim 7,
An analysis step of analyzing the virtual reception signal and the radar reception signal by a signal analysis unit; further comprising,
performing a process of generating the verification signal by the generator and determining the accuracy of the verification signal by the discriminator using the analysis result,
Radar signal processing method.
제 11항에 있어서,
상기 분석 단계는,
상기 가상의 수신신호 및 상기 레이더 수신신호 중 적어도 하나를 시간에 대응하는 주파수의 형태로 변환하여 각각에 대한 변환 신호를 생성하고, 상기 변환 신호로 상기 분석 과정을 수행하는,
레이더 신호 처리 방법.
12. The method of claim 11,
The analysis step is
Converting at least one of the virtual received signal and the radar received signal into a form of a frequency corresponding to time to generate a converted signal for each, and performing the analysis process with the converted signal,
Radar signal processing method.
제 7항 내지 제 9항, 제 11항 및 제 12항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium for recording a computer program for executing the method according to any one of claims 7 to 9, 11 and 12.
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