KR102311699B1 - 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법 - Google Patents

레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변 환경에 따라 임계치를 가변적으로 운용하는 일정 오경보율 알고리즘을 이용하여 표적을 탐지하기 위한 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 레이다 신호를 수신하는 과정; 수신된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정; 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 성분을 제거하는 과정; 및 클러터 신호의 성분이 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정;을 포함한다.

Description

레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법{RADAR APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING TARGET USING THE SAME}
본 발명은 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변 환경에 따라 임계치를 가변적으로 운용하는 일정 오경보율 알고리즘을 이용하여 표적을 탐지하기 위한 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 관한 것이다.
레이다 시스템은 표적(target)을 탐지하기 위해 신호를 송신하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 수신 신호를 처리함으로써 표적을 탐지하는 시스템이다. 이때, 수신 신호에는 표적에 대한 신호뿐만 아니라 다양한 지형 지물에 의한 클러터(clutter) 신호가 포함된다. 이러한 클러터 신호로 인하여 어느 정도의 신호 세기에 대해 표적으로 인식해야 하는지가 레이다 탐지율의 관건이 된다.
즉, 표적 탐지를 위해 신호 세기의 임계치(threshold)를 높이면 클러터 신호를 표적으로 오인할 확율이 줄어들어 탐지 정확도가 높아지지만, 탐지하지 못하고 놓치는 표적이 생길 수 있다. 반대로, 신호 세기의 임계치를 낮추면 표적을 탐지할 확율이 증가하여 많은 표적을 탐지해 낼 수는 있지만, 클러터 신호로 인해 오탐지율이 높아지는 현상이 발생한다. 이에, 주변 환경에 따라 임계치를 가변적으로 운용하는 일정 오경보율(CFAR: Constant False Alarm Rate) 알고리즘이 이용되고 있다.
일반적으로, 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에서는 테스트 셀(test cell) 주변의 레퍼런스 셀(reference cell)의 출력 값으로부터 임계치를 설정하고, 설정된 임계치와 테스트 셀의 출력 값을 비교하여 표적을 탐지한다. 즉, 레퍼런스 셀의 출력 값이 작으면 임계치가 낮아지게 되고, 클러터 신호에 의하여 레퍼런스 셀의 출력 값이 커지게 되면 임계치가 높아지게 된다.
그러나, 종래의 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에서는 이와 같이 클러터 신호에 의하여 임계치가 높아지는 경우, 저속으로 비행하는 소형 표적과 같이 레이다 반사 면적(RCS; Radar Cross Section)이 작은 표적은 테스트 셀의 출력 값이 임계치보다 낮은 값을 가지게 되어 이를 탐지하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.
KR 10-2015-0131779 A
본 발명은 일정 오경보율 알고리즘에 있어서 클러터 신호에 의하여 임계치가 높아지게 되는 경우에도 표적 탐지 성능을 향상시킬 수 있는 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 레이다 신호를 수신하는 과정; 수신된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정; 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 성분을 제거하는 과정; 및 클러터 신호의 성분이 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정;을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 레이다 신호를 수신하는 과정; 수신된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정; 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정; 및 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정; 레이다 신호를 수신하는 과정; 상기 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정; 상기 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정; 및 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정은, 클러터 신호를 수신하는 과정; 및 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 클러터 신호를 수신하는 과정은, 상기 레이다 신호를 수신하는 과정 전에 탐지 영역 내에서 반사된 신호를 수신하여 이루어질 수 있다.
상기 클러터 신호를 수신하는 과정은 복수 회로 수행되고, 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정은, 수신된 각 클러터 신호에 대한 I/Q 데이터를 평균하여 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터로 생성할 수 있다.
상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정은, 상기 레이다 신호를 수신하는 과정 전에 1회만 수행될 수 있다.
상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정은, 상기 레이다 신호의 I(In-phase) 데이터 값에서 상기 클러터 신호의 I(In-phase) 데이터 값을 빼는 과정; 및 상기 레이다 신호의 Q(Quadrature-phase) 데이터 값에서 상기 클러터 신호의 Q(Quadrature-phase) 데이터 값을 빼는 과정;을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치는, 레이다 신호를 수신하기 위한 수신부; 상기 수신부로부터 레이다 신호를 전달받아 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하기 위한 신호 변환부; 상기 신호 변환부로부터 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하기 위한 클러터 제거부; 상기 클러터 제거부로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 진폭을 계산하기 위한 신호 처리부; 및 상기 신호 처리부로부터 계산된 진폭을 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 표적 탐지부;를 포함한다.
상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 저장하기 위한 저장부;를 더 포함하고, 상기 신호 변환부는 상기 수신부로부터 클러터 신호를 전달받아 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하고, 상기 저장부는 상기 신호 변환부로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 저장할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 의하면, 일정 오경보율 알고리즘을 적용함에 있어서 클러터 신호가 존재하는 환경에서도 클러터 신호가 없는 경우에서와 같은 낮은 임계치를 설정할 수 있게 되어 표적 탐지 확률을 향상시킬 수 있다.
또한, 미리 저장된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 이용하여 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 성분을 제거함으로써 신호 처리 시간을 단축시킬 수 있으며, 저속으로 비행하는 소형 표적과 같이 레이다 반사 면적이 작은 표적을 보다 정밀하게 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 클러터 신호가 없는 경우 표적을 탐지하는 모습을 나타내는 도면.
도 4는 클러터 신호가 존재하는 경우 표적을 탐지하는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 클러터 신호가 없는 경우 레이다 신호의 I/Q 데이터를 나타내는 도면.
도 6은 클러터 신호가 존재하는 경우 레이다 신호의 I/Q 데이터를 나타내는 도면.
도 7은 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 표적을 탐지하는 모습을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치는, 레이다 신호를 수신하기 위한 수신부(10), 상기 수신부(10)로부터 레이다 신호를 전달받아 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하기 위한 신호 변환부(20), 상기 신호 변환부(20)로부터 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하기 위한 클러터 제거부(40), 상기 클러터 제거부(40)로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 진폭을 계산하기 위한 신호 처리부(50) 및 상기 신호 처리부(50)로부터 계산된 진폭을 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 표적 탐지부(60)를 포함한다.
레이다 장치는 펄스 도플러(pulsed doppler) 레이다 장치일 수 있다. 연속파(continuous Wave) 레이다 장치, 예를 들어 주파수 변조 연속파 레이다 장치와 같은 경우 신호 처리 알고리즘이 간단하여 저속 소형 표적 탐지에 용이하나, 고출력의 전력 운용이 어려운 문제점이 있다. 반면, 펄스 도플러 레이다 장치는 다수의 고속 표적을 탐지할 수 있지만 저속 소형 표적의 탐지가 어려운 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 후술하는 바와 같은 클러터 제거부(40)를 구비하여 다수의 고속 표적뿐만 아니라 저속 소형 표적 또한 정확하게 탐지할 수 있는 펄스 도플러 레이다 장치를 제공한다.
한편, 레이다 신호는 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 신호를 의미한다. 레이다 장치의 송신 안테나를 통하여 외부로 신호가 송신되면, 송신된 신호는 외부의 표적(target)과 클러터(clutter)에 의하여 반사되게 된다. 여기서, 외부의 표적과 클러터에 의하여 반사된 신호는 수신 안테나를 통하여 수신되며, 표적으로부터 반사된 신호를 표적 신호, 클러터에 의하여 반사된 신호를 클러터 신호로 정의할 때, 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 수신 신호를 레이다 신호로 정의할 수 있다.
수신부(10)는 레이다 신호를 수신한다. 여기서, 수신부(10)는 수신 안테나 및 RF-IF 변환기를 포함할 수 있다. 이때, 수신 안테나는 송신 안테나와 동일한 안테나를 사용할 수도 있음은 물론이다. 수신 안테나가 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하면, RF-IF 변환기는 RF 신호를 IF(Intermediate Frequency) 신호로 하향 변환하게 된다. 여기서, 수신부(10)는 수신 안테나와 RF-IF 변환기를 연결하는 저잡음 증폭기(LNA; Low Noise Amplifier)를 더 포함하여 저잡음 증폭기가 RF 신호를 증폭하고, RF-IF 변환기가 증폭된 RF 신호를 IF 신호로 변환할 수도 있음은 물론이다.
신호 변환부(20)는 수신부(10)로부터 레이다 신호를 전달받아 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성한다. 여기서, 신호 변환부(20)는 ADC(Analog Digatal Converter) 및 DDC(Digital Down Converter)를 포함할 수 있다. RF-IF 변환기로부터 변환된 IF 신호는 ADC에 전달되어 디지털 IF 신호로 변환된다. 이때, DDS는 변환된 디지털 IF 신호를 기저 대역(base band)으로 주파수 하향 변환하여 정 위상인 I(In-phase) 데이터와 직교 위상인 Q(Quadrature-phase) 데이터를 포함하는 I/Q 데이터를 출력하게 된다.
종래에는, 위와 같은 과정에 의하여 출력된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 그대로 신호 처리하여 진폭을 계산하고, 계산된 진폭을 일정 오경보율(CFAR; Constant False Alarm Rate) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하였다. 그러나, 이 경우 레이다 신호에는 표적 신호뿐만 아니라 클러터 신호가 포함될 수 있으므로, 클러터 신호에 의하여 일정 오경보율 알고리즘에서의 임계치가 높아지게 되어 저속 소형 표적의 탐지가 매우 어려운 문제점이 있었다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치는 상기 신호 변환부(20)로부터 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하기 위한 클러터 제거부(40)를 포함한다. 즉, 클러터 제거부(40)는 레이다 신호의 I/Q 데이터로부터 클러터 신호의 성분을 제거하여, 클러터 신호의 성분이 제거된 레이다 신호의 I 데이터 및 Q 데이터를 출력한다.
이때, 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치는 클러터 신호의 I/Q 데이터를 저장하기 위한 저장부(30)를 더 포함할 수 있다. 즉, 저장부(30)에는 클러터 신호의 I/Q 데이터가 미리 저장되어 있으며, 클러터 제거부(40)는 저장부(30)로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 신호 변환부(20)로부터 전달된 레이다 신호의 I/Q 데이터로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거한다. 저장부(30)에 저장되는 클러터 신호의 I/Q 데이터는 신호 변환부(20)로부터 생성되어 저장부(30)에 전달되는 것으로, 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 구체적인 과정과 관련하여는 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법과 관련하여 후술하기로 한다.
신호 처리부(50)는 클러터 제거부(40)로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 진폭(amplitude)을 계산한다. 여기서, 신호 처리부(50)는 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 펄스 압축(pulse compression)하고, 펄스 압축된 신호로부터 I/Q 데이터의 진폭을 계산할 수 있다.
표적 탐지부(60)는 신호 처리부(50)로부터 계산된 진폭을 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지한다. 신호 처리부(50)로부터 계산된 진폭은 거리에 따라 부여되는 인덱스(index) 별로 레지스터(register)에 각각 셀 데이터(cell data)로 일시 저장될 수 있으며, 윈도우(window)는 상기 레지스터를 슬라이딩 스캔(sliding scan)한다. 이때, 레지스터에 포함되는 복수 개의 셀 중 적어도 하나의 셀은 테스트 셀(test cell)로 지정되고, 상기 테스트 셀로부터 소정 거리 내에 위치한 셀은 레퍼런스 셀(reference cell)로 지정될 수 있다. 레퍼런스 셀에 각각 저장된 진폭은 평균화 또는 특정 추출되어 스케일(scale) 인자와 곱해져 임계치로 산출되고, 산출된 임계치와 테스트 셀에 저장된 진폭을 비교하여 테스트 셀에 저장된 진폭이 임계치보다 큰 값을 가지는 경우 표적 신호로 추출되게 된다. 이와 같이, 진폭을 이용하여 표적을 탐지하는 구성은 다양하게 공지된 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘의 일반적인 내용이 그대로 적용될 수 있는 바, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법에 대하여 설명하기로 한다. 이하에서 상기 레이다 장치의 각 구성 및 기능은 보다 구체적으로 설명될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법에 대한 설명에 있어서 전술한 레이다 장치와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은 레이다 신호를 수신하는 과정(S200), 수신된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정(S300), 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 성분을 제거하는 과정(S400) 및 클러터 신호의 성분이 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정(S500)을 포함한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은 레이다 신호를 수신하는 과정(S200), 수신된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정(S300), 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정(S400) 및 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정(S500)을 포함한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정(S100), 레이다 신호를 수신하는 과정(S200), 상기 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정(S300), 상기 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정(S400) 및 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정(S500)을 포함할 수 있다.
클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정(S100)은 클러터 신호를 수신하는 과정 및 수신된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 클러터 신호를 수신하는 과정 및 수신된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정은 전술한 수신부(10) 및 신호 변환부(20)에 의하여 이루어질 수 있다.
클러터 신호를 수신하는 과정은 표적을 탐지하기 위한 탐지 영역 내에서 클러터 신호를 수신한다. 여기서, 탐지 영역은 수신 안테나로부터 방위각과 고각 및 거리 방향을 따른 소정의 영역일 수 있으며, 방위각과 고각 방향으로 복수 개의 탐지 영역이 마련될 수도 있음은 물론이다. 한편, 클러터 신호는 후술하는 레이다 신호와는 달리, 표적 신호가 배제된 클러터 신호를 포함할 수 있다. 즉, 표적 신호가 배제된 클러터 신호는 표적이 존재하지 않는 상태에서 탐지 영역 내에서 반사된 신호일 수 있다.
클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정은 수신부(10)로부터 클러터 신호를 전달받아 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성한다. 즉, 신호 변환부(20)는 수신부(10)로부터 클러터 신호를 전달받아 기저 대역으로 주파수 하향 변환하여, I 데이터 및 Q 데이터를 포함하는 I/Q 데이터를 생성하여 출력하게 된다.
여기서, 표적 신호가 배제된 클러터 신호의 수신은, 표적이 존재하지 않는 상태에서 탐지 영역 내의 신호를 수신 안테나로부터 수신하여 이루어질 수 있다. 즉, 클러터 신호를 수신하는 과정은 후술할 레이다 신호를 수신하는 과정 전에 표적이 존재하지 않는 상태에서 반사된 신호를 수신할 수 있다. 그러나, 클러터 신호를 수신하는 과정에서도 탐지 영역 내에는 표적이 존재할 수 있다. 이때, 표적이 존재하지 않는 상태에서의 클러터 신호의 I/Q 데이터와 근사한 데이터를 얻기 위하여, 상기 클러터 신호를 수신하는 과정은 복수 회로 수행되고, 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정은 수신된 각 클러터 신호에 대한 I/Q 데이터를 평균하여 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터로 생성할 수 있다. 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정(S100)에서 표적은 대부분의 시간 동안 존재하지 않으므로, 이와 같이 클러터 신호를 복수 회로 수신하고, 수신된 각 클러터 신호에 대한 I/Q 데이터를 평균하여 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터로 생성함으로써 표적이 존재하지 않는 상태에서의 클러터 신호의 I/Q 데이터와 근사한 I/Q 데이터를 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정(S100)은 후술할 레이다 신호를 수신하는 과정(S200) 전에 1회에 한하여 수행될 수 있다. 즉, 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정(S100)은 레이다 장치의 초기 설치시 탐지 영역 내의 신호를 수신하여 마련될 수 있으며, 마련된 클러터 신호의 I/Q 데이터는 저장부(30)에 저장되어 이후에 계속적으로 이루어지는 레이다 신호를 수신하는 과정(S200)부터는 저장부(30)에 이미 저장된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 사용하여 클러터 신호의 성분을 제거할 수 있다.
레이다 신호를 수신하는 과정(S200)은 표적을 탐지하기 위한 탐지 영역 내에서 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 레이다 신호를 수신한다. 레이다 신호를 수신하는 과정(S200)은 수신되는 신호의 종류를 제외하고는 전술한 클러터 신호를 수신하는 과정과 동일한 바, 이에 대한 중복적인 설명은 생략하기로 한다.
레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정(S300)은 수신된 레이다 신호로부터 I 데이터와 Q 데이터를 포함하는 I/Q 데이터를 생성한다. 즉, 수신부(10)의 수신 안테나가 레이다 신호의 RF 신호를 수신하면, RF-IF 변환기는 RF 신호를 IF 신호로 하향 변환하게 되고, RF-IF 변환기로부터 변환된 IF 신호는 ADC에 전달되어 디지털 IF 신호로 변환된다. 이때, DDS는 변환된 디지털 IF 신호를 기저 대역으로 주파수 하향 변환하여 정 위상인 I 데이터와 직교 위상인 Q 데이터를 포함하는 I/Q 데이터를 출력하게 됨은 전술한 바와 동일하다.
클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정(S400)은 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거한다. 즉, DDS로부터 레이다 신호의 I/Q 데이터가 출력되면, 클러터 제거부(40)는 이를 전달받아 저장부(30)에 저장된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 차감하여 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거한다. 즉, 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정(S400)은 레이다 신호의 I 데이터 값에서 클러터 신호의 I 데이터 값을 빼는 과정 및 레이다 신호의 Q 데이터 값에서 상기 클러터 신호의 Q 데이터 값을 빼는 과정을 포함할 수 있다.
표적을 탐지하는 과정(S500)은 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지한다. 표적을 탐지하는 과정(S500)에서는 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘을 적용하기에 앞서 신호 처리부(50)가 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 클러터 제거부(40)로부터 전달받아 진폭(amplitude)을 계산한다. 여기서, 신호 처리부(50)는 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 펄스 압축(pulse compression)하고, 펄스 압축된 신호로부터 I/Q 데이터의 진폭을 계산할 수 있다.
표적을 탐지하는 과정(S500)은, 이후 표적 탐지부(60)가 신호 처리부(50)로부터 계산된 진폭을 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지한다. 신호 처리부(50)로부터 계산된 진폭은 레지스터에 각각 셀 데이터로 일시 저장될 수 있으며, 상기 레지스터를 윈도우로 슬라이딩 스캔하여 표적을 탐지한다. 여기서, 레지스터에 포함되는 복수 개의 셀 중 적어도 하나의 셀은 테스트 셀로 지정되고, 상기 테스트 셀로부터 소정 거리 내에 위치한 셀은 레퍼런스 셀로 지정되며, 레퍼런스 셀에 각각 저장된 진폭으로부터 임계치가 산출된다.
예를 들어 셀 평균 일정 오경보율(CA CFAR) 알고리즘의 경우 임계치의 산출은, 각 레퍼런스 셀의 진폭을 평균하여 레퍼런스 진폭을 산출하고, 산출된 레퍼런스 진폭에 스케일 인자를 곱하여 이루어진다. 이후, 산출된 임계치와 테스트 셀에 저장된 진폭을 비교하여 테스트 셀에 저장된 진폭이 임계치보다 큰 값을 가지는 경우 표적 신호로 추출되게 된다. 한편, 순차 통계 일정 오경보율(OS CFAR) 알고리즘의 경우 임계치의 산출은, 각 레퍼런스 셀의 진폭을 크기 순으로 정렬한 후 소정 순위의 진폭을 선택하여 레퍼런스 진폭을 산출하고, 산출된 레퍼런스 진폭에 스케일 인자를 곱하여 이루어진다. 이후, 산출된 임계치와 테스트 셀에 저장된 진폭을 비교하여 테스트 셀에 저장된 진폭이 임계치보다 큰 값을 가지는 경우 표적 신호로 추출되게 된다. 표적을 탐지하는 과정(S500)에서는 셀 평균 일정 오경보율(CA CFAR) 알고리즘, 순차 통계 일정 오경보율(OS CFAR) 알고리즘 외에도 다양한 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘이 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따라 표적을 탐지하는 모습을 도 3 및 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 클러터 신호가 없는 경우 표적을 탐지하는 모습을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 클러터 신호가 없는 경우, 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 의하여 설정된 임계치(CFAR threshold)는 제1 표적 신호(PC output signal 중 A) 및 제2 표적 신호(PC output signal 중 B)에 비하여 낮은 진폭 값을 가지게 된다. 여기서, 임계치(CFAR threshold)는 신호의 잡음(noise) 성분만으로 설정되는 것으로 제1 표적 신호(PC output signal 중 A) 및 제2 표적 신호(PC output signal 중 B)는 각각 모두 임계치(CFAR threshold)보다 높은 진폭 값을 가지게 되어 표적을 모두 정확하게 탐지할 수 있음을 알 수 있다.
그러나, 탐지 영역 내에 클러터 신호가 존재하는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 임계치(CFAR threshold)는 급격하게 상승하게 된다. 약 3km 내지 40km의 구간에는 지형지물에 의한 클러터 신호가 존재하며, 이와 같은 클러터 신호에 의하여 상대적으로 낮은 진폭을 가지는 제1 표적 신호(PC output signal 중 A)는 임계치(CFAR threshold)보다 낮은 진폭 값을 가지게 되어 탐지될 수 없게 된다.
도 3과 같이 클러터 신호가 없는 경우 및 도 4와 같이 클러터 신호가 존재하는 경우, 레이다 신호(Rx signal)의 I/Q 데이터는 각각 도 5 및 도 6과 같이 나타난다. 즉, 클러터 신호가 없는 경우, 3km 내지 40km의 구간으로부터 반사된 레이다 신호에 대하여는 제1 표적 신호 및 제2 표적 신호를 제외한 I/Q 데이터의 전압 스케일(voltage scale)은 도 5에 도시된 바와 같이 대략 0의 값을 가지게 된다. 그러나, 클러터 신호가 존재하는 경우, 3km 내지 40km의 구간으로부터 반사된 레이다 신호에 대하여 제1 표적 신호 및 제2 표적 신호 외의도 클러터 신호에 의하여 I/Q 데이터의 전압 스케일(voltage scale)이 도 6에 도시된 바와 같이 양(+) 또는 음(-)의 값으로 크게 변화함을 알 수 있다.
이때, 본 발명의 실시 예에서와 같이 레이다 신호(Rx signal)의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하게 되면, 레이다 신호(Rx signal)의 I/Q 데이터는 도 7에 나타난 바와 같이, 제1 표적 신호 및 제2 표적 신호를 제외하고는 다시 대략 0의 값을 가지게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 클러터 신호가 존재하는 경우에도 도 8에 도시된 바와 같이 마치 클러터 신호가 존재하는 않는 경우에서와 같은 임계치를 설정할 수 있게 되고, 이에 의하여 상대적으로 높은 진폭 값을 가지는 제2 표적 신호(PC output signal 중 B) 뿐만 아니라 상대적으로 낮은 진폭 값을 가지는 제1 표적 신호(PC output signal 중 A)까지 모두 정확하게 탐지할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 레이다 장치 및 이를 이용한 표적 탐지 방법에 의하면, 일정 오경보율 알고리즘을 적용함에 있어서 클러터 신호가 존재하는 환경에서도 클러터 신호가 없는 경우에서와 같은 낮은 임계치를 설정할 수 있게 되어 표적 탐지 확률을 향상시킬 수 있다.
또한, 미리 저장된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 이용하여 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 클러터 신호의 성분을 제거함으로써 저속으로 비행하는 소형 표적과 같이 레이다 반사 면적이 작은 표적을 보다 정밀하게 탐지할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 수신부 20: 신호 변환부
30: 저장부 40: 클러터 제거부
50: 신호 처리부 60: 표적 탐지부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정;
    레이다 신호를 수신하는 과정;
    상기 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정;
    상기 레이다 신호의 I/Q 데이터에서 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정; 및
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고,
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정은,
    클러터 신호를 수신하는 과정;
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정; 및
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 저장하는 과정;을 포함하며,
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 마련하는 과정은, 상기 레이다 신호를 수신하는 과정 전에 1회만 수행되는 표적 탐지 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 클러터 신호를 수신하는 과정은,
    상기 레이다 신호를 수신하는 과정 전에 탐지 영역 내에서 반사된 신호를 수신하여 이루어지는 표적 탐지 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 클러터 신호를 수신하는 과정은 복수 회로 수행되고,
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 생성하는 과정은, 수신된 각 클러터 신호에 대한 I/Q 데이터를 평균하여 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터로 생성하는 표적 탐지 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하는 과정은,
    상기 레이다 신호의 I(In-phase) 데이터 값에서 상기 클러터 신호의 I(In-phase) 데이터 값을 빼는 과정; 및
    상기 레이다 신호의 Q(Quadrature-phase) 데이터 값에서 상기 클러터 신호의 Q(Quadrature-phase) 데이터 값을 빼는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.
  9. 레이다 신호를 수신하기 위한 수신부;
    클러터 신호의 I/Q 데이터를 저장하기 위한 저장부;
    상기 수신부로부터 레이다 신호를 전달받아 레이다 신호의 I/Q 데이터를 생성하기 위한 신호 변환부;
    상기 신호 변환부로부터 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 상기 클러터 신호의 I/Q 데이터를 제거하기 위한 클러터 제거부;
    상기 클러터 제거부로부터 클러터 신호의 I/Q 데이터가 제거된 레이다 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 진폭을 계산하기 위한 신호 처리부; 및
    상기 신호 처리부로부터 계산된 진폭을 일정 오경보율(CFAR) 알고리즘에 적용하여 표적을 탐지하는 표적 탐지부;를 포함하고,
    상기 신호 변환부는 상기 수신부가 레이다 신호를 수신하기 전에 수신한 클러터 신호를 전달받아 클러터 신호의 I/Q 데이터를 1회적으로 생성하고,
    상기 저장부는 상기 신호 변환부로부터 생성된 클러터 신호의 I/Q 데이터를 전달받아 저장하는 레이다 장치.
  10. 삭제
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