KR102412714B1

KR102412714B1 - Fmcw 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법 및 fmcw 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템

Info

Publication number: KR102412714B1
Application number: KR1020200164881A
Authority: KR
Inventors: 정영호; 문건휘; 이주현
Original assignee: 한국항공대학교산학협력단
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-23
Also published as: KR20220076084A

Abstract

FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법에서, FMCW 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하고, FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하고, 합성 이미지를 사용하여 목표물이 회전익기인지 여부를 판단한다.

Description

FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법 및 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템{METHOD OF DETECTING ROTORCRAFT USING FMCW RADAR AND ROTORCRAFT DETECTION SYSTEM USING FMCW RADAR}

본 발명은 회전익기(rotorcraft)를 탐지하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법 및 회전익기 탐지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 레이더(radar) 장치는 안테나를 통해 공간상으로 송신 신호를 방사하고, 방사된 송신 신호가 목표물에서 반사되어 되돌아오면, 되돌아온 신호의 분석을 통해 목표물의 존재 여부를 검출한다.

최근에는 움직이는 물체는 물론이고 정지 상태에 있는 물체까지 감지할 수 있는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 FMCW 레이더 장치는 비행 물체의 탐지를 위해 군사적으로도 널리 이용되고 있다.

그러나 목표물까지의 거리가 먼 경우, 송신 신호가 상기 목표물에서 반사되어 되돌아오는 동안 신호의 감쇄가 크게 발생하므로 FMCW 레이더 장치로 수신되는 신호의 크기는 일반적으로 매우 작다.

따라서 먼 거리에 있는 목표물의 경우, 수신되는 신호의 크기가 미세하여 상기 목표물이 회전익기인지 여부를 정확하게 탐지하기가 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은 목표물이 회전익기(rotorcraft)인지 여부를 정확하게 탐지할 수 있는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 목표물이 회전익기인지 여부를 정확하게 탐지할 수 있는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법에서, FMCW 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하고, 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하고, 상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기(rotorcraft)인지 여부를 판단한다.

일 실시예에 있어서, 상기 합성 이미지를 생성하는 단계는, 상기 제1 레인지-도플러 이미지를 제1 중첩 이미지로 결정하는 단계, 1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로, 제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정하는 단계, 상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들로 추출하는 단계, 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들로 추출하는 단계, 및 상기 과거 픽셀들 및 상기 현재 픽셀들을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지를 생성하는 단계를 수행하여, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 상기 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 상기 제k 배경 영역을 결정하는 단계는, 상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들의 컬러 히스토그램을 생성하는 단계, 상기 컬러 히스토그램에서 가장 많은 빈도를 갖는 컬러를 배경 컬러로 결정하는 단계, 상기 배경 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 배경 영역으로 결정하는 단계, 및 상기 배경 컬러가 아닌 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 유효 영역으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 상기 과거 픽셀들로 추출하는 단계는, 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖는 제k 마스크를 생성하는 단계, 및 상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 과거 픽셀들로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 상기 현재 픽셀들로 추출하는 단계는, 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖는 제k 반전 마스크를 생성하는 단계, 및 상기 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 반전 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 현재 픽셀들로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 합성 이미지를 생성하는 단계는, 제p(p는 2 이상 n 이하의 정수) 레인지-도플러 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제p 유효 영역과 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제p 배경 영역을 결정하는 단계, 상기 제p 레인지-도플러 이미지에서 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 제p 유효 픽셀들로 추출하는 단계, 및 상기 제1 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들로부터 시작하여, 2 이상 n 이하의 정수 p 값에 대해 순차적으로 상기 제p 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 기존 픽셀들을 상기 제p 유효 픽셀들로 대체하는 동작을 수행하여 최종적으로 생성되는 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기인지 여부를 판단하는 단계는, 상기 합성 이미지에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 목표물은 회전익기인 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 합성 이미지에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 목표물은 회전익기인 것으로 결정하는 단계는, 상기 일정한 간격에 상응하는 주파수를 하모닉 주파수로 결정하는 단계, 상용 회전익기들의 기종과 상기 상용 회전익기들의 프로펠러의 회전 주파수를 서로 연관시켜 미리 저장하는 회전익기 데이터베이스에 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 존재하는지 여부를 검색하는 단계, 상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되는 경우, 상기 목표물은 상기 검색된 기종의 회전익기인 것으로 결정하는 단계, 및 상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되지 않는 경우, 상기 목표물은 기종이 식별되지 않는 회전익기인 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템은, FMCW 레이더 모듈, 이미지 합성부, 및 판별부를 포함한다. 상기 FMCW 레이더 모듈은 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성한다. 상기 이미지 합성부는 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성한다. 상기 판별부는 상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기인지 여부를 판단한다.

일 실시예에 있어서, 상기 이미지 합성부는, 상기 제1 레인지-도플러 이미지를 제1 중첩 이미지로 결정하고, 1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로, 제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정하고, 상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들로 추출하고, 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들로 추출하고, 상기 과거 픽셀들 및 상기 현재 픽셀들을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지를 생성하는 동작을 수행하여, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지를 상기 합성 이미지로 결정할 수 있다.

상기 이미지 합성부는, 상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들의 컬러 히스토그램을 생성하고, 상기 컬러 히스토그램에서 가장 많은 빈도를 갖는 컬러를 배경 컬러로 결정하고, 상기 배경 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 배경 영역으로 결정하고, 상기 배경 컬러가 아닌 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 유효 영역으로 결정할 수 있다.

상기 이미지 합성부는, 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖는 제k 마스크를 생성하고, 상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 과거 픽셀들로 결정할 수 있다.

상기 이미지 합성부는, 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖는 제k 반전 마스크를 생성하고, 상기 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 반전 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 현재 픽셀들로 결정할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 이미지 합성부는, 제p(p는 2 이상 n 이하의 정수) 레인지-도플러 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제p 유효 영역과 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제p 배경 영역을 결정하고, 상기 제p 레인지-도플러 이미지에서 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 제p 유효 픽셀들로 추출하고, 상기 제1 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들로부터 시작하여, 2 이상 n 이하의 정수 p 값에 대해 순차적으로 상기 제p 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 기존 픽셀들을 상기 제p 유효 픽셀들로 대체하는 동작을 수행하여 최종적으로 생성되는 이미지를 상기 합성 이미지로 결정할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 판별부는, 상기 합성 이미지에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 목표물은 회전익기인 것으로 결정할 수 있다.

상기 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템은 상용 회전익기들의 기종과 상기 상용 회전익기들의 프로펠러의 회전 주파수를 서로 연관시켜 미리 저장하는 회전익기 데이터베이스를 더 포함하고, 상기 판별부는 상기 일정한 간격에 상응하는 주파수를 하모닉 주파수로 결정하고, 상기 회전익기 데이터베이스에 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 존재하는지 여부를 검색하고, 상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되는 경우, 상기 목표물은 상기 검색된 기종의 회전익기인 것으로 결정하고, 상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되지 않는 경우, 상기 목표물은 기종이 식별되지 않는 회전익기인 것으로 결정할 수 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법에서, 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해, 상기 학습 회전익기가 호버링(hovering)하는 상태에서 FMCW 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 상기 학습 회전익기에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하고, 상기 학습 회전익기에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하고, 상기 학습 회전익기에 대해 생성된 상기 합성 이미지에 상기 학습 회전익기의 기종을 라벨링하여 학습 데이터를 생성하고, 딥러닝(Deep Learning) 모듈에 대해 상기 학습 데이터를 사용하여 상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 생성되는 상기 합성 이미지를 상응하는 기종으로 분류하는 학습을 수행하여 회전익기 탐지 모델을 생성하고, 상기 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, 상기 FMCW 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하고, 상기 목표물에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하고, 상기 회전익기 탐지 모델에 상기 목표물에 대한 상기 합성 이미지를 입력하여 상기 목표물이 어떤 기종의 회전익기인지를 판단한다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템은 FMCW 레이더 모듈, 이미지 합성부, 학습 데이터 생성부, 및 딥러닝 모듈을 포함한다. 상기 FMCW 레이더 모듈은 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해, 상기 학습 회전익기가 호버링(hovering)하는 상태에서 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 상기 학습 회전익기에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성한다. 상기 이미지 합성부는 상기 학습 회전익기에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성한다. 상기 학습 데이터 생성부는 상기 학습 회전익기에 대해 생성된 상기 합성 이미지에 상기 학습 회전익기의 기종을 라벨링하여 학습 데이터를 생성한다. 상기 딥러닝 모듈은 상기 학습 데이터를 사용하여 상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 생성되는 상기 합성 이미지를 상응하는 기종으로 분류하는 학습을 수행하여 회전익기 탐지 모델을 생성한다. 상기 딥러닝 모듈이 상기 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, 상기 FMCW 레이더 모듈은 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하고, 상기 이미지 합성부는 상기 목표물에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하고, 상기 딥러닝 모듈은 상기 회전익기 탐지 모델에 상기 목표물에 대한 상기 합성 이미지를 입력하여 상기 목표물이 어떤 기종의 회전익기인지를 판단한다.

일 실시예에 있어서, 상기 딥러닝 모듈은 컨볼루션 신경망(Convolutional Neural Network; CNN)에 상응하는 계층 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법 및 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템은 FMCW 레이더 모듈로부터 방사된 신호가 목표물에 반사되어 되돌아오는 수신 신호의 크기가 미약한 경우에도 목표물이 회전 날개를 포함하는 회전익기인지 여부를 정확하게 탐지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용한 회전익기(rotorcraft) 탐지 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 1의 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템에 포함되는 FMCW 레이더 모듈의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3의 FMCW 레이더 모듈로부터 방사되는 FMCW 신호의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 FMCW 레이더 모듈로부터 생성되는 레인지-도플러 이미지의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템에 포함되는 이미지 합성부가 합성 이미지를 생성하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법을 나타내는 순서도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용한 회전익기(rotorcraft) 탐지 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 주파수 변조 연속파에 상응하는 FMCW 신호(FMCW_S)를 사용하여 목표물(30)을 탐지하는 FMCW 레이더(radar)를 사용하여 목표물(30)이 회전익기인지 여부를 판단한다.

본 명세서에서 회전익기는 프로펠러(propeller)와 같은 회전 날개를 포함하는 모든 종류의 비행체를 나타낸다. 예를 들어, 회전익기는 드론(drone), 헬리콥터 등일 수 있다.

도 1에는 예시적으로 목표물(30)이 회전 날개(31)를 포함하는 드론인 것으로 도시된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2에 도시된 회전익기 탐지 방법은 도 1의 회전익기 탐지 시스템(10)을 통해 수행될 수 있다.

도 1 및 2를 참조하면, FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 FMCW 레이더 모듈(100), 이미지 합성부(200), 및 판단부(300)를 포함한다.

FMCW 레이더 모듈(100)은 주파수 변조 연속파에 상응하는 FMCW 신호(FMCW_S)를 방사하고, FMCW 신호(FMCW_S)가 목표물(30)에 반사되어 돌아오는 수신 신호(RW_S)를 사용하여 매 CPI(Coherent Pulse Interval)마다 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성할 수 있다(단계 S110).

도 3은 도 1의 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템에 포함되는 FMCW 레이더 모듈의 일 예를 나타내는 블록도이다.

도 3을 참조하면, FMCW 레이더 모듈(100)은 마이크로 컨트롤러(MCU)(110), PLL(Phase Locked Loop)(121), 오실레이터(122), 제1 분배기(123), 제2 분배기(124), 제1 증폭기(125), 송신 안테나(126), 수신 안테나(131), 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(132), 제1 믹서(133), 제2 믹서(134), 제2 증폭기(135), 및 제3 증폭기(136)를 포함할 수 있다.

송신 동작 시, 마이크로 컨트롤러(110)의 제어 하에 오실레이터(122)는 PLL(121)을 통한 피드백 루프를 통해 주파수 변조된 연속파를 생성할 수 있다.

이와 같이, 오실레이터(122)로부터 생성되는 주파수 변조된 연속파는 제1 분배기(123) 및 제2 분배기(124)를 거쳐 제1 증폭기(125)를 통해 증폭된 후 송신 안테나(126)를 통해 FMCW 신호(FMCW_S)로서 방사될 수 있다.

도 4는 도 3의 FMCW 레이더 모듈로부터 방사되는 FMCW 신호의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, FMCW 레이더 모듈(100)로부터 방사되는 FMCW 신호(FMCW_S)의 주파수는 주기적으로 점차적으로 증가하다가 감소하고, 다시 점차적으로 증가하다가 감소할 수 있다.

FMCW 레이더 모듈(100)로부터 방사된 FMCW 신호(FMCW_S)는 목표물(30)에 반사된 후 수신 안테나(131)를 통해 수신 신호(RW_S)로서 수신될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수신 신호(RW_S)는 FMCW 신호(FMCW_S)의 지연된 신호에 상응하며, 목표물(30)의 이동 속도에 따라 FMCW 신호(FMCW_S)의 주파수로부터 주파수 천이가 나타날 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 수신 안테나(131)를 통해 수신된 수신 신호(RW_S)는 저잡음 증폭기(132)를 통해 증폭되어 고주파 신호(RF)로서 제1 믹서(133) 및 제2 믹서(134)에 입력될 수 있다.

제1 믹서(133)는 제2 분배기(124)로부터 상기 주파수 변조된 연속파를 수신하고, 제2 믹서(134)는 상기 주파수 변조된 연속파의 90도 위상 천이된 신호를 수신하여 고주파 신호(RF)를 각각 중간 주파수 신호(IF)로 변환할 수 있다.

제1 믹서(133)로부터 출력되는 중간 주파수 신호(IF)는 제2 증폭기(135)를 통해 증폭된 후 in-phase 신호(IP)로서 마이크로 컨트롤러(110)에 제공되고, 제2 믹서(134)로부터 출력되는 중간 주파수 신호(IF)는 제3 증폭기(136)를 통해 증폭된 후 quadrature-phase 신호(QP)로서 마이크로 컨트롤러(110)에 제공될 수 있다.

마이크로 컨트롤러(110)는 in-phase 신호(IP) 및 quadrature-phase 신호(QP)를 디지털 신호로 변환하고, 매 CPI(Coherent Pulse Interval)마다 생성되는 상기 디지털 신호에 대해 2D-FFT(2-Dimension Fast Fourier Transform)를 수행하여 CPI(Coherent Pulse Interval) 단위로 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 마이크로 컨트롤러(110)는 특정 레인지 빈(range bin)에 상응하는 2D-FFT 수행 결과값이 미리 정의된 임계값보다 작은 경우, 유효한 값이 아닌 노이즈 값으로 간주하여 상기 특정 레인지 빈의 값을 초기값(예를 들면, 0)으로 변경한 후 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성할 수 있다.

도 5는 도 3의 FMCW 레이더 모듈로부터 생성되는 레인지-도플러 이미지의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, FMCW 레이더 모듈(100)로부터 매 CPI마다 생성되는 레인지-도플러 이미지(RDI)에서 세로축은 목표물(30)까지의 거리에 상응하는 거리축에 상응하고, 가로축은 목표물(30)의 이동 속도에 상응하는 속도축에 상응할 수 있다.

도 5에 도시된 레인지-도플러 이미지(RDI)에서, 하늘색 이외의 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역은 유효 데이터를 포함하는 유효 영역을 나타내고, 하늘색에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역은 상기 초기값에 상응하는 배경 영역을 나타낸다.

따라서 레인지-도플러 이미지(RDI)는 목표물(30)이 어느 정도의 거리에서 어느 정도의 속도로 움직이고 있는지를 나타낼 수 있다.

이상 도 3 내지 5를 참조하여 FMCW 레이더 모듈(100)의 구성 및 동작의 일 예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

실시예들에 따라서 FMCW 레이더 모듈(100)은 주파수 변조 연속파에 상응하는 FMCW 신호(FMCW_S)를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성할 수 있는 임의의 구성을 가질 수 있다.

주파수 변조 연속파에 상응하는 FMCW 신호(FMCW_S)를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성하는 다양한 종류의 FMCW 레이더 모듈이 널리 알려져 있으며, 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)에 포함되는 FMCW 레이더 모듈(100)은 기존에 널리 알려진 임의의 FMCW 레이더 모듈로 구현될 수 있다.

따라서 여기서는 FMCW 레이더 모듈(100)의 세부 구성 및 동작에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.

후술하는 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 FMCW 레이더 모듈(100)이 어떠한 종류의 FMCW 레이더 모듈로 변경되더라도 FMCW 레이더 모듈(100)로부터 생성되는 레인지-도플러 이미지(RDI)를 사용하여 동일하게 동작할 수 있다.

일반적으로 목표물(30)까지의 거리가 먼 경우, FMCW 레이더 모듈(100)로부터 방사된 FMCW 신호(FMCW_S)가 목표물(30)에 반사되어 되돌아오는 동안 신호의 감쇄가 크게 발생하므로 FMCW 레이더 모듈(100)로 수신되는 수신 신호(RW_S)의 크기는 매우 미세할 수 있다.

따라서, FMCW 레이더 모듈(100)로부터 생성되는 레인지-도플러 이미지(RDI)에 포함되는 유효 데이터의 양은 매우 작으므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 레인지-도플러 이미지(RDI)에서 유효 데이터를 포함하는 상기 유효 영역은 매우 희미하게 표시되어 상기 배경 영역과 구분이 힘들 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 이미지 합성부(200)는 FMCW 레이더 모듈(100)로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들(RDI)을 중첩하여 합성 이미지(SI)를 생성할 수 있다(단계 S120).

도 6은 도 1의 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템에 포함되는 이미지 합성부가 합성 이미지를 생성하는 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 합성부(200)는 초기에 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)를 제1 중첩 이미지(OIMG_1)로 결정한 후, 1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로, 제k 중첩 이미지(OIMG_k)에 제(k+1) 레인지-도플러 이미지(RDI_(k+1))를 중첩하여 제(k+1) 중첩 이미지(OIMG_(k+1))를 생성하는 동작을 순차적으로 수행할 수 있다.

구체적으로, 이미지 합성부(200)는 제k 중첩 이미지(OIMG_k)에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정할 수 있다.

예를 들어, 이미지 합성부(200)는 제k 중첩 이미지(OIMG_k)에 포함되는 픽셀들의 컬러 히스토그램을 생성하고, 상기 컬러 히스토그램에서 가장 많은 빈도를 갖는 컬러를 배경 컬러로 결정할 수 있다. 이후, 이미지 합성부(200)는 상기 배경 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 배경 영역으로 결정하고, 상기 배경 컬러가 아닌 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 유효 영역으로 결정할 수 있다.

도 6에 도시된 제k 중첩 이미지(OIMG_k)를 예로 들어 설명하면, 이미지 합성부(200)는 도 6에 도시된 제k 중첩 이미지(OIMG_k)의 컬러 히스토그램에서 가장 많은 빈도를 갖는 컬러는 하늘색이므로, 하늘색을 배경 컬러로 결정한 후, 하늘색에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 배경 영역으로 결정하고, 하늘색이 아닌 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 유효 영역으로 결정할 수 있다.

이후, 이미지 합성부(200)는 제k 중첩 이미지(OIMG_k)에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들(PIX_PREV)로 추출할 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 합성부(200)는 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖는 제k 마스크(MASK_k)를 생성한 후, 제k 중첩 이미지(OIMG_k)에 포함되는 픽셀들과 제k 마스크(MASK_k)에 포함되는 픽셀들에 대해 동일한 위치에 대응되는 픽셀들의 값을 서로 곱하는 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 과거 픽셀들(PIX_PREV)로 결정할 수 있다.

예시적으로, 도 6에서는 0의 값을 갖는 픽셀들은 검정색으로 표시된다.

한편, 이미지 합성부(200)는 제(k+1) 레인지-도플러 이미지(RDI_(k+1))에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들(PIX_CURR)로 추출할 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 합성부(200)는 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖는 제k 반전 마스크(IMASK_k)를 생성한 후, 제(k+1) 레인지-도플러 이미지(RDI_(k+1))에 포함되는 픽셀들과 제k 반전 마스크(IMASK_k)에 포함되는 픽셀들에 대해 동일한 위치에 대응되는 픽셀들의 값을 서로 곱하는 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 현재 픽셀들(PIX_CURR)로 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 과거 픽셀들(PIX_PREV)과 현재 픽셀들(PIX_CURR)은 모두 서로 다른 위치에 대응되므로, 과거 픽셀들(PIX_PREV)과 현재 픽셀들(PIX_CURR)을 조합하는 경우 하나의 완성된 이미지가 될 수 있다.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 이미지 합성부(200)는 과거 픽셀들(PIX_PREV) 및 현재 픽셀들(PIX_CURR)을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지(OIMG_(k+1))를 생성할 수 있다.

이와 같이, 이미지 합성부(200)는 초기에 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)를 제1 중첩 이미지(OIMG_1)로 결정하고, 1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로, 제k 중첩 이미지(OIMG_k)에 제(k+1) 레인지-도플러 이미지(RDI_(k+1))를 중첩하여 제(k+1) 중첩 이미지(OIMG_(k+1))를 생성하는 동작을 수행한 후, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지(OIMG_n)를 합성 이미지(SI)로 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 합성 이미지(SI)는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI) 각각에 포함되는 서로 다른 위치의 유효 영역에 포함되는 유효 데이터를 모두 포함하고 있으므로, 합성 이미지(SI)에 포함되는 유효 데이터의 양은 효과적으로 증가될 수 있다.

도 6을 참조하여 상술한 이미지 합성부(200)가 합성 이미지(SI)를 생성하는 방법의 경우, 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI)의 유효 영역이 겹칠 때 보다 과거에 생성된 레인지-도플러 이미지(RDI)의 유효 영역에 우선 순위를 두어 합성 이미지(SI)를 생성한다.

그러나 다른 실시예에 있어서, 이미지 합성부(200)는 합성 이미지(SI)를 생성할 때, 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI)의 유효 영역이 겹치는 경우 보다 현재에 생성된 레인지-도플러 이미지(RDI)의 유효 영역에 우선 순위를 두어 합성 이미지(SI)를 생성할 수도 있다.

구체적으로, 이미지 합성부(200)는 제2 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI) 각각에 대해, 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 유효 영역과 상기 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 배경 영역을 결정하고, 상기 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 유효 픽셀들로 추출할 수 있다.

예를 들어, 이미지 합성부(200)는 제p(p는 2 이상 n 이하의 정수) 레인지-도플러 이미지(RDI_p)에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제p 유효 영역과 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제p 배경 영역을 결정하고, 제p 레인지-도플러 이미지(RDI_p)에서 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 제p 유효 픽셀들로 추출할 수 있다.

이후, 이미지 합성부(200)는 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)에 포함되는 픽셀들로부터 시작하여, 2 이상 n 이하의 정수 p 값에 대해 순차적으로 상기 제p 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 기존 픽셀들을 상기 제p 유효 픽셀들로 대체하는 동작을 수행하여 최종적으로 생성되는 이미지를 합성 이미지(SI)로 결정할 수 있다.

예를 들어, 이미지 합성부(200)는 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)에 포함되는 픽셀들 중에서 상기 제2 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 픽셀들을 상기 제2 유효 픽셀들로 대체하여 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)를 업데이트하고, 업데이트된 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)에 포함되는 픽셀들 중에서 상기 제3 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 픽셀들을 상기 제3 유효 픽셀들로 대체하여 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)를 다시 업데이트하는 동작을 순차적으로 수행하여, 상기 제(n-1) 유효 픽셀들을 사용하여 업데이트된 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)에 포함되는 픽셀들 중에서 상기 제n 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 픽셀들을 상기 제n 유효 픽셀들로 대체하여 제1 레인지-도플러 이미지(RDI_1)를 다시 업데이트하는 동작을 수행하여 최종적으로 생성되는 이미지를 합성 이미지(SI)로 결정할 수 있다.

다시 도 1 및 2를 참조하면, 판별부(300)는 이미지 합성부(200)로부터 생성되는 합성 이미지(SI)를 사용하여 목표물(30)이 회전익기(rotorcraft)인지 여부를 판단할 수 있다(단계 S130).

목표물(30)이 새와 같이 회전 날개를 포함하지 않는 물체인 경우, 주파수 f1을 갖는 FMCW 신호(FMCW_S)가 목표물(30)에 반사되어 FMCW 레이더 모듈(100)에 수신되는 수신 신호(RW_S)는 도플러 효과로 인해 FMCW 신호(FMCW_S)의 주파수 f1에서 목표물(30)의 이동 속도에 기초하여 결정되는 도플러 주파수 fd 만큼 천이된 주파수를 갖는 신호 성분만을 가질 수 있다.

이에 반해, 목표물(30)이 드론과 같이 회전 날개(31)를 포함하는 회전익기인 경우, 주파수 f1을 갖는 FMCW 신호(FMCW_S)가 목표물(30)에 반사되어 FMCW 레이더 모듈(100)에 수신되는 수신 신호(RW_S)는 도플러 효과로 인해 FMCW 신호(FMCW_S)의 주파수 f1에서 목표물(30)의 이동 속도에 기초하여 결정되는 도플러 주파수 fd 만큼 천이된 주파수에 상응하는 중심 주파수를 갖는 신호 성분 뿐만 아니라 상기 중심 주파수로부터 회전 날개(31)의 회전 주파수에 상응하는 하모닉 주파수의 정수 배 만큼 천이된 주파수를 갖는 하모닉 신호 성분들도 포함할 수 있다.

따라서 목표물(30)이 드론과 같이 회전 날개(31)를 포함하는 회전익기인 경우, 회전익기 탐지 시스템(10)으로부터 방사된 FMCW 신호(FMCW_S)가 목표물(30)에 반사되어 회전익기 탐지 시스템(10)으로 되돌아오는 수신 신호(RW_S)에 포함되는 신호 성분들 사이의 주파수 간격은 목표 물체(30)에 포함되는 회전 날개(31)의 회전 주파수로 일정할 수 있다.

따라서 판별부(300)는 이미지 합성부(200)로부터 생성되는 합성 이미지(SI)에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축, 즉, 속도축 방향을 따라 형성되는 간격에 기초하여 목표물(30)이 회전익기인지 여부를 판단하고 판단 결과(D_RESULT)를 출력할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 판별부(300)는 합성 이미지(SI)에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 상기 속도축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는지 여부를 판단할 수 있다.

합성 이미지(SI)에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 상기 속도축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되지 않는 경우, 판별부(300)는 목표물(30)이 회전 날개를 포함하지 않는 물체인 것으로 결정할 수 있다.

이에 반해, 합성 이미지(SI)에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 상기 속도축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 판별부(300)는 목표물(30)이 회전 날개를 포함하는 회전익기인 것으로 결정할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 회전익기 데이터베이스(RC_DB)(400)를 더 포함할 수 있다.

일반적으로 상용 회전익기들 각각은 고유한 프로펠러의 회전 주파수를 갖는다. 따라서 회전익기 데이터베이스(400)는 상용 회전익기들의 기종과 상기 상용 회전익기들의 프로펠러의 회전 주파수를 서로 연관시켜 미리 저장할 수 있다.

이 경우, 판별부(300)는 합성 이미지(SI)에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 상기 속도축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 일정한 간격에 상응하는 주파수를 하모닉 주파수로 결정하고, 회전익기 데이터베이스(400)에 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 존재하는지 여부를 검색할 수 있다.

회전익기 데이터베이스(400)에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되는 경우, 판별부(300)는 목표물(30)이 상기 검색된 기종의 회전익기인 것으로 결정할 수 있다.

이에 반해, 회전익기 데이터베이스(400)에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되지 않는 경우, 판별부(300)는 목표물(30)이 기종이 식별되지 않는 회전익기인 것으로 결정할 수 있다.

도 1 내지 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 FMCW 레이더 모듈(100)로부터 생성되는 레인지-도플러 이미지(RDI)에 포함되는 유효 데이터의 양이 매우 적은 경우에도, 이미지 합성부(200)는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI)을 중첩하여 합성 이미지(SI)를 생성하므로, 합성 이미지(SI)는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI) 각각에 포함되는 서로 다른 위치의 유효 영역에 포함되는 유효 데이터를 모두 포함하게 되어 합성 이미지(SI)에 포함되는 유효 데이터의 양은 효과적으로 증가될 수 있다.

판별부(300)는 유효 데이터의 양이 증가된 합성 이미지(SI)를 사용하여 목표물(30)이 회전익기인지 여부를 판단하므로, 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 목표물(30)이 회전익기인지 여부를 보다 정확하게 탐지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(10)은 상용 회전익기들의 기종과 상기 상용 회전익기들의 프로펠러의 회전 주파수를 서로 연관시켜 미리 저장하는 회전익기 데이터베이스(400)를 더 포함함으로써, 목표물(30)이 회전익기인지 뿐만 아니라 목표물(30)이 어떤 기종의 회전익기인지 여부까지 효과적으로 판별할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(20)은 FMCW 레이더 모듈(100), 이미지 합성부(200), 학습 데이터 생성부(500), 학습 데이터베이스(TR_DB)(600), 및 딥러닝 모듈(700)을 포함한다.

도 7에 도시된 회전익기 탐지 시스템(20)은 딥러닝 모듈(700)을 통해 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, 상기 회전익기 탐지 모델을 사용하여 목표물(30)을 탐지한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법을 나타내는 순서도이다.

도 8에 도시된 회전익기 탐지 방법은 도 7의 회전익기 탐지 시스템(20)을 통해 수행될 수 있다.

도 7 및 8을 참조하면, FMCW 레이더 모듈(100)은 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해, 상기 학습 회전익기가 호버링(hovering)하는 상태에서 FMCW 신호(FMCW_S)를 방사하고, FMCW 신호(FMCW_S)가 상기 학습 회전익기에 반사되어 돌아오는 수신 신호(RW_S)를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성할 수 있다(단계 S210).

이미지 합성부(200)는 상기 학습 회전익기에 대해 FMCW 레이더 모듈(100)로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI)을 중첩하여 합성 이미지(SI)를 생성할 수 있다(단계 S210).

도 7에 도시된 회전익기 탐지 시스템(20)에 포함되는 FMCW 레이더 모듈(100) 및 이미지 합성부(200)는 도 1에 도시된 회전익기 탐지 시스템(10)에 포함되는 FMCW 레이더 모듈(100) 및 이미지 합성부(200)와 동일하다.

도 1에 도시된 회전익기 탐지 시스템(10)에 포함되는 FMCW 레이더 모듈(100) 및 이미지 합성부(200)의 구성 및 동작에 대해서는 도 1 내지 6을 참조하여 상세히 설명하였으므로, FMCW 레이더 모듈(100)이 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성하는 방법 및 이미지 합성부(200)가 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI)을 중첩하여 합성 이미지(SI)를 생성하는 방법에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 이미지 합성부(200)로부터 생성되는 합성 이미지(SI)는 학습 데이터 생성부(500)에 제공될 수 있다.

학습 데이터 생성부(500)는 상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 생성된 합성 이미지(SI)에 상응하는 학습 회전익기의 기종을 라벨링하여 학습 데이터(TD)를 생성할 수 있다(단계 S230).

학습 데이터 생성부(500)로부터 생성되는 학습 데이터(TD)는 학습 데이터베이스(600)에 저장될 수 있다.

딥러닝 모듈(700)은 학습 데이터베이스(600)에 저장된 학습 데이터(TD)를 사용하여 상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 생성되는 합성 이미지(SI)를 상응하는 기종으로 분류하는 학습을 수행하여 상기 회전익기 탐지 모델을 생성할 수 있다(단계 S240).

일 실시예에 있어서, 딥러닝 모듈(700)은 컨볼루션 신경망(Convolutional Neural Network; CNN)에 상응하는 계층 구조를 가질 수 있다.

딥러닝 모듈(700)이 상기 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, FMCW 레이더 모듈(100)은 탐지하고자 하는 목표물(30)을 향해 FMCW 신호(FMCW_S)를 방사하고, FMCW 신호(FMCW_S)가 목표물(30)에 반사되어 돌아오는 수신 신호(RW_S)를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지(RDI)를 생성할 수 있다(단계 S250).

이미지 합성부(200)는 목표물(30)에 대해 FMCW 레이더 모듈(100)로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들(RDI)을 중첩하여 합성 이미지(SI)를 생성할 수 있다(단계 S260).

이미지 합성부(200)로부터 생성되는 목표물(30)에 대한 합성 이미지(SI)는 딥러닝 모듈(700)에 제공되고, 딥러닝 모듈(700)은 상기 회전익기 탐지 모델에 목표물(30)에 대한 합성 이미지(SI)를 입력하여 목표물(30)이 어떤 기종의 회전익기인지를 판단하여 판단 결과(D_RESULT)를 출력할 수 있다(단계 S270).

도 7 및 8을 참조하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(20)은 상기 복수의 학습 회전익기들에 대해 생성되는 합성 이미지(SI)를 사용하여 상기 복수의 학습 회전익기들을 상응하는 기종으로 분류하는 학습을 수행하여 상기 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, 상기 회전익기 탐지 모델을 사용하여 목표물(30)이 어떤 기종의 회전익기인지 여부를 탐지한다.

따라서 본 발명의 실시예들에 따른 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템(20)은 목표물(30) 탐지의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명은 드론(drone)과 같이 회전 날개를 포함하는 회전익기(rotorcraft)를 정확하게 탐지하는 데에 유용하게 이용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 20: FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템
30: 목표물 31: 회전 날개
100: FMCW 레이더 모듈 200: 이미지 합성부
300: 판별부 400: 회전익기 데이터베이스
500: 학습 데이터 생성부 600: 학습 데이터베이스
700: 딥러닝 모듈

Claims

삭제
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI(Coherent Pulse Interval)마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 단계;
상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 단계; 및
상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기(rotorcraft)인지 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 합성 이미지를 생성하는 단계는,
상기 제1 레인지-도플러 이미지를 제1 중첩 이미지로 결정하는 단계; 및
1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로,
제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정하는 단계;
상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들로 추출하는 단계;
제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들로 추출하는 단계; 및
상기 과거 픽셀들 및 상기 현재 픽셀들을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지를 생성하는 단계를 수행하여, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
제2 항에 있어서, 상기 제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 상기 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 상기 제k 배경 영역을 결정하는 단계는,
상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들의 컬러 히스토그램을 생성하는 단계;
상기 컬러 히스토그램에서 가장 많은 빈도를 갖는 컬러를 배경 컬러로 결정하는 단계;
상기 배경 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 배경 영역으로 결정하는 단계; 및
상기 배경 컬러가 아닌 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 유효 영역으로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
제2 항에 있어서, 상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 상기 과거 픽셀들로 추출하는 단계는,
상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖는 제k 마스크를 생성하는 단계; 및
상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 과거 픽셀들로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
제2 항에 있어서, 상기 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 상기 현재 픽셀들로 추출하는 단계는,
상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖는 제k 반전 마스크를 생성하는 단계; 및
상기 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 반전 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 현재 픽셀들로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI(Coherent Pulse Interval)마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 단계;
상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 단계; 및
상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기(rotorcraft)인지 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 합성 이미지를 생성하는 단계는,
제p(p는 2 이상 n 이하의 정수) 레인지-도플러 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제p 유효 영역과 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제p 배경 영역을 결정하는 단계;
상기 제p 레인지-도플러 이미지에서 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 제p 유효 픽셀들로 추출하는 단계; 및
상기 제1 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들로부터 시작하여, 2 이상 n 이하의 정수 p 값에 대해 순차적으로 상기 제p 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 기존 픽셀들을 상기 제p 유효 픽셀들로 대체하는 동작을 수행하여 최종적으로 생성되는 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
제2 항 또는 제6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기인지 여부를 판단하는 단계는,
상기 합성 이미지에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 목표물은 회전익기인 것으로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
제7 항에 있어서, 상기 합성 이미지에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 목표물은 회전익기인 것으로 결정하는 단계는,
상기 일정한 간격에 상응하는 주파수를 하모닉 주파수로 결정하는 단계;
상용 회전익기들의 기종과 상기 상용 회전익기들의 프로펠러의 회전 주파수를 서로 연관시켜 미리 저장하는 회전익기 데이터베이스에 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 존재하는지 여부를 검색하는 단계;
상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되는 경우, 상기 목표물은 상기 검색된 기종의 회전익기인 것으로 결정하는 단계; 및
상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되지 않는 경우, 상기 목표물은 기종이 식별되지 않는 회전익기인 것으로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
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FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 FMCW 레이더 모듈;
상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 이미지 합성부; 및
상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기인지 여부를 판단하는 판별부를 포함하고,
상기 이미지 합성부는,
상기 제1 레인지-도플러 이미지를 제1 중첩 이미지로 결정하고,
1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로,
제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정하고,
상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들로 추출하고,
제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들로 추출하고,
상기 과거 픽셀들 및 상기 현재 픽셀들을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지를 생성하는 동작을 수행하여, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
제10 항에 있어서, 상기 이미지 합성부는,
상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들의 컬러 히스토그램을 생성하고, 상기 컬러 히스토그램에서 가장 많은 빈도를 갖는 컬러를 배경 컬러로 결정하고, 상기 배경 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 배경 영역으로 결정하고, 상기 배경 컬러가 아닌 컬러에 상응하는 픽셀들을 포함하는 영역을 상기 제k 유효 영역으로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
제10 항에 있어서, 상기 이미지 합성부는,
상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖는 제k 마스크를 생성하고, 상기 제k 중첩 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 과거 픽셀들로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
제10 항에 있어서, 상기 이미지 합성부는,
상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 0의 값을 갖고, 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들에 대해 1의 값을 갖는 제k 반전 마스크를 생성하고, 상기 제(k+1) 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들과 상기 제k 반전 마스크에 포함되는 픽셀들에 대해 아다마르(Hadamard) 곱을 수행하여 0이 아닌 값을 갖는 픽셀들을 상기 현재 픽셀들로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 FMCW 레이더 모듈;
상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 이미지 합성부; 및
상기 합성 이미지를 사용하여 상기 목표물이 회전익기인지 여부를 판단하는 판별부를 포함하고,
상기 이미지 합성부는,
제p(p는 2 이상 n 이하의 정수) 레인지-도플러 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제p 유효 영역과 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제p 배경 영역을 결정하고,
상기 제p 레인지-도플러 이미지에서 상기 제p 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 제p 유효 픽셀들로 추출하고,
상기 제1 레인지-도플러 이미지에 포함되는 픽셀들로부터 시작하여, 2 이상 n 이하의 정수 p 값에 대해 순차적으로 상기 제p 유효 픽셀들에 상응하는 위치의 기존 픽셀들을 상기 제p 유효 픽셀들로 대체하는 동작을 수행하여 최종적으로 생성되는 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
제10 항 또는 제14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판별부는,
상기 합성 이미지에서 동일한 컬러를 갖는 영역이 도플러 주파수에 상응하는 축 방향을 따라 일정한 간격으로 반복되는 경우, 상기 목표물은 회전익기인 것으로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
제15 항에 있어서,
상용 회전익기들의 기종과 상기 상용 회전익기들의 프로펠러의 회전 주파수를 서로 연관시켜 미리 저장하는 회전익기 데이터베이스를 더 포함하고,
상기 판별부는,
상기 일정한 간격에 상응하는 주파수를 하모닉 주파수로 결정하고,
상기 회전익기 데이터베이스에 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 존재하는지 여부를 검색하고,
상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되는 경우, 상기 목표물은 상기 검색된 기종의 회전익기인 것으로 결정하고,
상기 회전익기 데이터베이스에서 상기 하모닉 주파수에 상응하는 기종이 검색되지 않는 경우, 상기 목표물은 기종이 식별되지 않는 회전익기인 것으로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
복수의 학습 회전익기들 각각에 대해, 상기 학습 회전익기가 호버링(hovering)하는 상태에서 FMCW 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 상기 학습 회전익기에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 단계;
상기 학습 회전익기에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 단계;
상기 학습 회전익기에 대해 생성된 상기 합성 이미지에 상기 학습 회전익기의 기종을 라벨링하여 학습 데이터를 생성하는 단계;
딥러닝(Deep Learning) 모듈에 대해 상기 학습 데이터를 사용하여 상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 생성되는 상기 합성 이미지를 상응하는 기종으로 분류하는 학습을 수행하여 회전익기 탐지 모델을 생성하는 단계;
상기 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, 상기 FMCW 레이더 모듈이 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 단계;
상기 목표물에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 단계; 및
상기 회전익기 탐지 모델에 상기 목표물에 대한 상기 합성 이미지를 입력하여 상기 목표물이 어떤 기종의 회전익기인지를 판단하는 단계를 포함하고,
상기 학습 회전익기에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 상기 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 상기 합성 이미지를 생성하는 단계는,
상기 제1 레인지-도플러 이미지를 제1 중첩 이미지로 결정하는 단계; 및
1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로,
제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정하는 단계;
상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들로 추출하는 단계;
제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들로 추출하는 단계; 및
상기 과거 픽셀들 및 상기 현재 픽셀들을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지를 생성하는 단계를 수행하여, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 방법.
복수의 학습 회전익기들 각각에 대해, 상기 학습 회전익기가 호버링(hovering)하는 상태에서 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 상기 학습 회전익기에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하는 FMCW 레이더 모듈;
상기 학습 회전익기에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n(n은 2 이상의 정수) 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하는 이미지 합성부;
상기 학습 회전익기에 대해 생성된 상기 합성 이미지에 상기 학습 회전익기의 기종을 라벨링하여 학습 데이터를 생성하는 학습 데이터 생성부; 및
상기 학습 데이터를 사용하여 상기 복수의 학습 회전익기들 각각에 대해 생성되는 상기 합성 이미지를 상응하는 기종으로 분류하는 학습을 수행하여 회전익기 탐지 모델을 생성하는 딥러닝 모듈을 포함하고,
상기 딥러닝 모듈이 상기 회전익기 탐지 모델을 생성한 후, 상기 FMCW 레이더 모듈은 FMCW 신호를 방사하고, 상기 FMCW 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 수신 신호를 사용하여 매 CPI마다 레인지-도플러 이미지를 생성하고,
상기 이미지 합성부는 상기 목표물에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 합성 이미지를 생성하고,
상기 딥러닝 모듈은 상기 회전익기 탐지 모델에 상기 목표물에 대한 상기 합성 이미지를 입력하여 상기 목표물이 어떤 기종의 회전익기인지를 판단하고,
상기 이미지 합성부는,
상기 학습 회전익기에 대해 상기 FMCW 레이더 모듈로부터 순차적으로 생성되는 상기 제1 내지 제n 레인지-도플러 이미지들을 중첩하여 상기 합성 이미지를 생성할 때,
상기 제1 레인지-도플러 이미지를 제1 중첩 이미지로 결정하고,
1 이상 (n-1) 이하의 정수 k 값에 대해 순차적으로,
제k 중첩 이미지에서 유효 데이터에 상응하는 픽셀들을 포함하는 제k 유효 영역과 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들 이외의 픽셀들을 포함하는 제k 배경 영역을 결정하고,
상기 제k 중첩 이미지에서 상기 제k 유효 영역에 포함되는 픽셀들을 과거 픽셀들로 추출하고,
제(k+1) 레인지-도플러 이미지에서 상기 제k 배경 영역에 포함되는 픽셀들을 현재 픽셀들로 추출하고,
상기 과거 픽셀들 및 상기 현재 픽셀들을 조합하여 제(k+1) 중첩 이미지를 생성하는 동작을 수행하여, 최종적으로 생성되는 제n 중첩 이미지를 상기 합성 이미지로 결정하는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.
제18 항에 있어서, 상기 딥러닝 모듈은 컨볼루션 신경망(Convolutional Neural Network; CNN)에 상응하는 계층 구조를 갖는 FMCW 레이더를 이용한 회전익기 탐지 시스템.