KR102462307B1 - 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상 레이더에서 소형 표적 탐지를 위해 앞 뒤 거리 게이트에서 수신한 송신 신호와의 상관도를 이용하여 오표적을 감소할 수 있도록 한 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 상기 시스템은 레이더 수신 처리 데이터를 넌 코히런트 중첩(Non-Coherent Integration) 처리하는 NCI 처리부; 상기 NCI 처리부(100)로부터 처리된 신호를 CFAR(Constant False Alarm Rate) 처리하여 1차 표적을 탐지하는 CFAR 처리부 및 기 설정된 상관도 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 CFAR 처리부로부터 처리된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터의 상관도를 산출하여 최종적인 소형 표적을 탐지하는 상관도 탐지 알고리즘 처리부를 포함한다.

Description

해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법{Small target detection system in maritime radar and method therefor}
본 발명은 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 해상 레이더에서 소형 표적 탐지를 위해 앞 뒤 거리 게이트에서 수신한 송신 신호와의 상관도를 이용하여 오표적을 감소할 수 있도록 한 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
해상 환경에서 소형표적을 탐지하기 위해 레이다에서 신호를 송수신할 때에, 수신된 신호에는 표적신호 이외에 다양한 클러터에서 반사되는 신호 및 잡음이 포함되어 있다.
해상 레이다에서 탐지되는 클러터에는, 강우 등의 기상 클러터, 섬이나 연안 등의 지형 클러터, 파도와 같은 해면 클러터를 포함한다.
소형표적의 경우 RCS가 작아 클러터 신호와의 구분이 어렵고 이로 인해 오표적이 많이 발생한다.
해상 레이다에서 소형 표적 및 해상 클러터의 특징은 다음과 같다.
먼저, 해상 클러터 샘플(Sea-clutter sample)들은 샘플 주기(sampling periods)가 약 0.2초가 넘는 경우에 서로 상관관계 해제(de-correlate) 또는 무관련(unrelated)인 경향이 있다. 하지만 어떤 해상 클러터 스파이크(sea-clutter spike)들은 수 초 동안 유지되기도 한다.
그리고, 소형 표적의 경우 RCS가 작아 해상 클러터와 신호의 크기가 비슷하여 구분에 어려움이 있다.
따라서, 다양한 클러터 및 잡음을 효율적으로 제거해야 하며, 클러터와 표적신호를 구분하여 오표적을 감소시킬 방안이 필요하다.
기존의 소형 표적 탐지 방법은, 스캔간 누적 처리 방법(scan-to-scan integration)을 사용하는데, 스캔간 누적 처리 방법은 시간의 경과에 따라 위치정보와 크기 정보가 거의 비슷하게 나타나는 실표적 대비 오표적의 경우, 일정하지 않게 나타나는 특성을 이용하여 긴 시간 동안 송신된 신호(5초이상)를 누적하여 소형표적을 탐지한다.
이러한 방식은 일정 시간동안 여러 스캔 데이터의 누적이 필요하여 많은 시간과 많은 데이터 저장을 위한 메모리 공간이 필요하다.
즉, 해상 클러터의 경우 표적 신호와 달리 잠깐 나타났다 사라지거나 일정하지 않게 나타나는 경향이 있다. 이에 비해 표적신호는 거의 같은 위치와 크기로 나타난다.
따라서, 간단히 일정 시간 동안 여러 스캔의 신호를 누적하는 것만으로도 클러터 신호는 감소하고 표적 신호는 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 기존의 스캔간 누적처리를 통해 오표적을 감소시키는 방안은 일정 시간 이상동안 송신된 여러 스캔의 신호(5초 이상)를 저장해 두었다가 신호처리를 수행한다.
이로 인해 많은 시간이 소요되고 많은 데이터 저장을 위한 메모리 공간이 필요하다.
한편, 많은 데이터 저장을 위한 메모리 공간의 감소를 위한 방안으로 recursive integration방식이 제안되었다.
그러나, 이러한 방법 역시, 여전히 일정시간 이상 동안 자원을 할당하여 신호를 수신하여야 한다. 이는 특히 다양한 기능을 수행하는 전투체계 다기능 레이다의 경우, 소형표적 탐지를 위해 긴 시간 동안 신호를 송수신 하는 것이 자원 할당 측면에서 부담이 될 수 있다. 따라서 보다 적은 자원을 투자하여 오표적을 감소시킬 수 있는 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 적은 자원을 투자하여 오표적 탐지를 감소시킬 수 있는 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
즉, 본 발명의 목적은, 해상 레이더에서 소형 표적 탐지를 위해 앞 뒤 거리 게이트에서 수신한 송신신호와의 상관도를 이용하여 오표적을 감소할 수 있도록 한 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법을 제공함에 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템에 따르면, 레이더 수신 처리 데이터를 넌 코히런트 중첩(Non-Coherent Integration) 처리하는 NCI 처리부; 상기 NCI 처리부로부터 처리된 신호를 CFAR(Constant False Alarm Rate) 처리하여 1차 표적을 탐지하는 CFAR 처리부 및 기 설정된 상관도 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 CFAR 처리부로부터 처리된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터의 상관도를 산출하여 최종적인 소형 표적을 탐지하는 상관도 탐지 알고리즘 처리부를 포함할 수 있다.
상기 레이더 수신 처리 데이터는 N개의 펄스로 구성되는 레이더 수신 신호의 한 스캔 데이터일 수 있다.
상기 CFAR 처리부는, 상기 NCI 처리부로부터 처리된 신호에 포함된 잡음신호(또는 클러터)로부터 최종적으로 표적의 존재 여부를 판단하기 위해 임계값과의 비교를 수행하여 비교 결과에 따라 1차 표적을 탐지할 수 있다
상기 상관도 탐지 알고리즘 처리부는, 상기 CFAR 처리부로부터 N0 거리 게이트에서 표적이 탐지된 경우, 상관도를 계산하기위해 앞, 뒤의 거리 게이트를 선택하고, 선택된 거리 게이트에서 대해서 한 스캔에 해당하는 신호(yN0-1, yN0, yN0+1)를 추출하는 거리 게이트 선택부; 상기 거리 게이트 선택부에서 선택된 앞뒤 거리 게이트의 신호에 대해 신호 레벨을 맞추기 위해 정규화를 수행하는 정규화부; 상기 정규화부로부터 정규화된 신호에 대해서 상관계수를 이용하여 상관도를 산출하는 상관도 산출부; 및 상기 상관도 산출부로부터 산출된 상관도 값을 기 설정된 임계값(λ)과 비교하여, 비교 결과에 따라 소형표적과 오 표적을 탐지하는 임계값 비교부를 포함할 수 있다.
상기 임계값 비교부는, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하는 경우 소형표적으로 판단하고, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하지 않는 경우 오 표적으로 탐지할 수 있다.
한편, 본 발명의 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법에 따르면, NCI 처리부를 이용하여 레이더 수신 처리 데이터를 넌 코히런트 중첩(Non-Coherent Integration) 처리하는 단계; CFAR 처리부를 이용하여 상기 NCI 처리된 신호를 CFAR(Constant False Alarm Rate) 처리하여 1차 표적을 탐지하는 단계; 및 상관도 탐지 알고리즘 처리부에서, 기 설정된 상관도 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 CFAR 처리부로부터 처리된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터의 상관도를 산출하여 최종적인 소형 표적을 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이더 수신 처리 데이터는, N개의 펄스로 구성되는 레이더 수신 신호의 한 스캔 데이터일 수 있다.
상기 1차 표적을 탐지하는 단계는, 상기 NCI 처리된 신호에 포함된 잡음신호(또는 클러터)로부터 최종적으로 표적의 존재 여부를 판단하기 위해 임계값과의 비교를 수행하여 비교 결과에 따라 1차 표적을 탐지할 수 있다.
상기 최종적인 소형 표적을 탐지하는 단계는, 상기 CFAR 처리를 통해 N0 거리 게이트에서 표적이 탐지된 경우, 상관도를 계산하기위해 앞, 뒤의 거리 게이트를 선택하고, 선택된 거리 게이트에서 대해서 한 스캔에 해당하는 신호(yN0-1, yN0, yN0+1)를 추출하는 단계; 상기 선택된 앞뒤 거리 게이트의 신호에 대해 신호 레벨을 맞추기 위해 정규화를 수행하는 단계; 상기 정규화된 신호에 대해서 상관계수를 이용하여 상관도를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 상관도 값을 기 설정된 임계값(λ)과 비교하여, 비교 결과에 따라 소형표적과 오 표적을 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 소형표적과 오 표적을 탐지하는 단계는, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하는 경우 소형표적으로 판단하고, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하지 않는 경우 오 표적으로 탐지할 수 있다.
그리고, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 상기 저궤도 위성의 RF 신호 처리 방법을 실행하며, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 본 발명에 따르면, 함정용 전투체계 레이다에서 소형 표적 탐지 시, 오표적 감소를 위한 상관도 탐지알고리즘을 제시함으로써, 여러 스캔 동안의 데이터를 누적하여 오표적 감소효과를 얻는 기존의 방식대비 시간 및 저장공간의 사용을 크게 감소시키면서도 오표적의 감소 효과를 증대시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시 예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템에 대한 블록 구성을 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 상관도 탐지 알고리즘 처리부의 상세 블록 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 도시된 상관도 탐지 알고리즘 처리부에서의 알고리즘 개념을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 함정용 레이더에서의 상관도 탐지 알고리즘을 적용하여 HRRP 특성 분석(실표적 데이터 기반) 그래프를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명해 보기로 한다.
도 1은 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템에 대한 블록 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템은, NCI(Non-Coherent Integration) 처리부(100), CFAR(Constant False Alarm Rate) 처리부(200) 및 상관도 탐지 알고리즘 처리부(300)를 포함할 수 있다.
상기 NCI 처리부(100)는 레이더 수신 처리 데이터 즉, 레이더에서 한 스캔 데이터를 수신하여 수신된 한 스캔 데이터를 넌 코히런트 중첩 처리한 후, 처리된 신호를 CFAR 처리부(200)로 제공한다. 여기서, 상기 한 스캔 데이터는 N개의 펄스로 구성될 수 있으며, NCI 처리는 동일한 위치에 대해 여러 번의 필스를 반복하여 송수신함으로써, 신호량은 증폭되지만 잡음 전력은 일정하게 유지하여 수신 신호의 신호대 잡음비를 높이는 처리 방법이다.
상기 CFAR 처리부(200)는 상기 NCI 처리부(100)로부터 처리된 신호를 이용하여 1차 표적을 탐지한 후, 탐지된 1차 표적 탐지 신호를 상관도 탐지 알고리즘 처리부(300)로 제공한다. 여기서, CFAR 처리는, NCI 처리부(100)로부터 처리된 신호에 포함된 잡음신호(또는 클러터)로부터 최종적으로 표적의 존재 여부를 판단하기 위해 임계값과의 비교를 수행하여 비교 결과에 따라 1차 표적을 탐지하게 되는 것이다. 이렇게 탐지된 표적에는 해상 클러터로 인한 많은 오표적이 포함되게 된다. 이러한 오표적을 감소시키기 위해 상관도 탐지알고리즘을 수행한다
상기한 NCI 처리 및 CFAR 처리 동작은 이미 공지된 기술적 사상이므로 상세 설명은 생략하기로 한다.
상기 상관도 탐지 알고리즘 처리부(300)는 상기 CFAR 처리부(200)로부터 처리된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터 즉, N개의 펄스로 이루어진 한 스캔 데이터의 상관도를 이용하여 최종적인 소형 표적을 탐지한다.
상기한 상관도 탐지 알고리즘 처리부(300)의 구체적인 구성 및 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여 살펴보자.
도 2는 도 1에 도시된 상관도 탐지 알고리즘 처리부(300)의 구체적인 블록 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 상관도 탐지 알고리즘의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 함정용 레이더에서의 상관도 탐지 알고리즘을 적용하여 HRRP 특성 분석(실표적 데이터 기반) 그래프를 나타낸 도면이다
도 2를 참조하면, 상관도 탐지 알고리즘 처리부(300)는 거리 게이트 선택부(310), 정규화부(320), 상관도 산출부(330) 및 임계값 비교부(340)를 포함할 수 있다.
상기 거리 게이트 선택부(310)는 도 1에 도시된 CFAR 처리부(200)의 처리 결과에서 탐지된 거리 게이트에 대해서 상관도 산출을 위한 앞 뒤 거리 게이트를 선택한다.
즉, 상기 거리 게이트 선택부(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 N0 거리 게이트에서 표적이 탐지된 경우, 상관도를 계산하기위해 앞, 뒤의 거리 게이트를 선택하고, 선택된 거리 게이트에서 대해서 한 스캔에 해당하는 신호(yN0-1, yN0, yN0+1)를 추출한 후, 추출된 신호를 정규화부(320)로 제공한다.
상기한 추출되는 한 스캔에 해당하는 신호인 yN0-1, yN0, yN0+1는 아래의 식 1과 같이 표현될 수 있다.
[식 1]
Figure 112022075256991-pat00001
상기 정규화부(320)는 상기 거리 게이트 선택부(310)에서 선택된 앞뒤 거리 게이트의 신호에 대해 신호 레벨을 맞추기 위해 도 3과 같이 정규화를 수행한다. 즉, 정규화부(320)는 상기 거리 게이트 선택부(310)로부터 추출된 상기 식 1과 같은 신호들에 대하여 신호 레벨을 맞추기 위해 정규화를 수행한다. 여기서, 정규화된 각각의 신호
Figure 112022075256991-pat00002
는 아래의 식 2와 같이 표현될 수 있다.
[식 2]
Figure 112022075256991-pat00003
상기 상관도 산출부(330)는 상기 정규화부(320)로부터 정규화된 신호에 대해서 상관계수를 이용하여 상관도를 산출한다. 여기서, 상기 상관계수는 도 3에 도시된 바와 같이 내적을 산출하여 계산할 수 있으며, 상기 식 2에 대한 내적은 아래의 식 3과 같이 표현될 수 있다.
[식 3]
Figure 112022075256991-pat00004
상기 임계값 비교부(340)는 상기 상관도 산출부(330)으로부터 산출된 상관도 값을 기 설정된 임계값(λ)과 비교하여 산출된 상관도값이 임계값을 초과하는 경우 소형표적으로 판단하고, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하지 않는 경우 오 표적으로 탐지한다. 상기한 상관도와 임계값의 비교를 수식으로 나타내면 아래의 식 4과 같이 표현될 수 있다.
[식 4]
Figure 112022075256991-pat00005
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 오표적(H0)인 경우의 HRRP(High Resolution Range Profile) 적용한 신호를 보면 앞 뒤 게이트의 신호가 상관도가 낮은 것으로 보이고 소형표적(H1)인 경우 앞 뒤 게이트의 신호가 상관도가 높은 것을 확인할 수 있다.
도 4를 참조하면,
Figure 112022075256991-pat00006
= 소형표적인 경우,
Figure 112022075256991-pat00007
-1와
Figure 112022075256991-pat00008
+1의 상관도 높고,
Figure 112022075256991-pat00009
= 오표적인 경우,
Figure 112022075256991-pat00010
-1와
Figure 112022075256991-pat00011
+1의 상관도 낮음을 알 수 있으며, 도 4의 특성 분석은 소형표적 탐색 모드 Fs = 30MHz , Bandwidth 25MHz
Figure 112022075256991-pat00012
샘플당 5m, HRRP Unamb. 거리 6m를 기준으로 특성 분석한 결과이다.
이와 같은 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템의 동작에 상응하는 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법에 대하여 도 5를 참조하여 단계적으로 설명해 보기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법에 대한 동작 플로우챠트를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 먼저 상기 NCI 처리부(100)는 레이더 수신 처리 데이터 즉, 레이더에서 한 스캔 데이터를 수신하여 수신된 한 스캔 데이터를 넌 코히런트 중첩(NCI) 처리한다(S501). 여기서, 상기 한 스캔 데이터를 N개의 펄스로 구성될 수 있으며, NCI 처리는 동일한 위치에 대해 여러 번의 필스를 반복하여 송수신함으로써, 신호량은 증폭되지만 잡음 전력은 일정하여 유지하여 수신 신호의 신호대 잡음비를 높이는 처리 방법이다.
이어, 상기 S501 단계를 통해 NCI 처리된 신호를 이용하여 1차 표적을 탐지한 다(S502). 여기서, CFAR 처리는, NCI 처리된 신호에 포함된 잡음신호(또는 클러터)로부터 최종적으로 표적의 존재 여부를 판단하기 위해 임계값과의 비교를 수행하여 비교 결과에 따라 1차 표적을 탐지하게 되는 것이다. 이렇게 탐지된 표적에는 해상 클러터로 인한 많은 오표적이 포함되게 된다. 이러한 오표적을 감소시키기 위해 상관도 탐지알고리즘을 수행하게 되는데, 상기 상관도 탐지 알고리즘 은 상기 S502 단계를 통해 CFAR 처리되어 탐지된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터 즉, N개의 펄스로 이루어진 한 스캔 데이터의 상관도를 이용하여 최종적인 소형 표적을 탐지하는 것이다.
상기한 상관도 탐지 알고리즘 처리 동작에 대하여 살펴보자.
상기 S502 단계를 통해 CFAR 처리되어 탐지된 1차 표적 신호들에 대한 거리 게이트에 대해서 상관도 산출을 위한 앞 뒤 거리 게이트를 선택한다(S503). 즉, S503 단계는 도 3에 도시된 바와 같이 N0 거리 게이트에서 표적이 탐지된 경우, 상관도를 계산하기 위해 앞, 뒤의 거리 게이트를 선택하고, 선택된 거리 게이트에서 대해서 한 스캔에 해당하는 신호(yN0-1, yN0, yN0+1)를 추출한다. 여기서, 상기 추출되는 한 스캔에 해당하는 신호인 yN0-1, yN0, yN0+1는 상기한 식 1과 같이 표현될 수 있다.
이어, 상기 S503 단계를 통해 선택된 앞뒤 거리 게이트의 신호에 대해 신호 레벨을 맞추기 위해 도 3과 같이 정규화를 수행한다(S504). 즉, 정규화는 상기 S503 단계를 통해 추출된 상기 식 1과 같은 신호들에 대하여 신호 레벨을 맞추기 위해 정규화를 수행하는 것이다. 여기서, 정규화된 각각의 신호
Figure 112022075256991-pat00013
는 상기 식 2와 같이 표현될 수 있다.
이어, 상기 S504 단계를 통해 정규화된 신호에 대해서 상관계수를 이용하여 상관도를 산출한다(S505). 여기서, 상기 상관계수는 도 3에 도시된 바와 같이 내적을 산출하여 계산할 수 있으며, 상기 식 2에 대한 내적은 상기 식 3과 같이 표현될 수 있다.
이어, 상기 S505 단계를 통해 산출된 상관도 값을 기 설정된 임계값(λ)과 비교하여 산출된 상관도 값이 임계값을 초과하는 경우 소형표적으로 판단하고, 산출된 상관도 값이 임계값을 초과하지 않는 경우 오 표적으로 탐지한다(S506, S507).
상기한 상관도와 임계값의 비교를 수식으로 나타내면 상기 식 4과 같이 표현될 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 오표적(H0)인 경우의 HRRP(High Resolution Range Profile) 적용한 신호를 보면 앞 뒤 게이트의 신호가 상관도가 낮은 것으로 보이고 소형표적(H1)인 경우 앞 뒤 게이트의 신호가 상관도가 높은 것을 확인할 수 있다.
도 4를 참조하면,
Figure 112022075256991-pat00014
= 소형표적인 경우,
Figure 112022075256991-pat00015
-1와
Figure 112022075256991-pat00016
+1의 상관도 높고,
Figure 112022075256991-pat00017
= 오표적인 경우,
Figure 112022075256991-pat00018
-1와
Figure 112022075256991-pat00019
+1의 상관도 낮음을 알 수 있으며, 도 4의 특성 분석은 소형표적 탐색 모드 Fs = 30MHz , Bandwidth 25MHz
Figure 112022075256991-pat00020
샘플당 5m, HRRP Unamb. 거리 6m를 기준으로 특성 분석한 결과이다.
상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법은 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : NCI 처리부
200 : CFAR 처리부
300 : 상관도 탐지 알고리즘 처리부
310 : 거리 게이트 선택부
320 : 정규화부
330 : 상관도 산출부
340 : 임계값 비교부

Claims (18)

  1. 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템에 있어서,
    레이더 수신 처리 데이터를 넌 코히런트 중첩(Non-Coherent Integration) 처리하는 NCI 처리부;
    상기 NCI 처리부로부터 처리된 신호를 CFAR(Constant False Alarm Rate) 처리하여 1차 표적을 탐지하는 CFAR 처리부 및
    기 설정된 상관도 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 CFAR 처리부로부터 처리된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터의 상관도를 산출하여 최종적인 소형 표적을 탐지하는 상관도 탐지 알고리즘 처리부를 포함하고,
    상기 상관도 탐지 알고리즘 처리부는,
    상기 CFAR 처리부로부터 N0 거리 게이트에서 표적이 탐지된 경우, 상관도를 계산하기위해 앞, 뒤의 거리 게이트를 선택하고, 선택된 거리 게이트에서 대해서 한 스캔에 해당하는 신호(yN0-1, yN0, yN0+1)를 추출하는 거리 게이트 선택부;
    상기 거리 게이트 선택부에서 선택된 앞뒤 거리 게이트의 신호에 대해 신호 레벨을 맞추기 위해 정규화를 수행하는 정규화부;
    상기 정규화부로부터 정규화된 신호에 대해서 상관계수를 이용하여 상관도를 산출하는 상관도 산출부; 및
    상기 상관도 산출부로부터 산출된 상관도 값을 기 설정된 임계값(λ)과 비교하여, 비교 결과에 따라 소형표적과 오 표적을 탐지하는 임계값 비교부를 포함하는 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 수신 처리 데이터는 N개의 펄스로 구성되는 레이더 수신 신호의 한 스캔 데이터인 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 CFAR 처리부는,
    상기 NCI 처리부로부터 처리된 신호에 포함된 잡음신호(또는 클러터)로부터 최종적으로 표적의 존재 여부를 판단하기 위해 임계값과의 비교를 수행하여 비교 결과에 따라 1차 표적을 탐지하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기한 추출되는 한 스캔에 해당하는 신호인 yN0-1, yN0, yN0+1는 아래의 식 1과 같이 정의되는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
    [식 1]
    Figure 112022099511946-pat00021

  6. 제5항에 있어서,
    상기 정규화부는, 상기 거리 게이트 선택부로부터 추출된 상기 식 1과 같은 신호들에 대하여 신호 레벨을 맞추기 위해 아래의 식 2와 같이 정규화(
    Figure 112022099511946-pat00022
    )를 수행하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
    [식 2]
    Figure 112022099511946-pat00023

  7. 제1항에 있어서,
    상기 상관계수는 아래의 식 3과 같이 내적을 산출하여 계산하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
    [식 3]
    Figure 112022099511946-pat00024

  8. 제1항에 있어서,
    상기 임계값 비교부는,
    산출된 상관도값이 임계값을 초과하는 경우 소형표적으로 판단하고, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하지 않는 경우 오 표적으로 탐지하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 임계값 비교부에서, 산출된 상관도값과 임계값의 비교는 아래의 식 4를 이용하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템.
    [식 4]
    Figure 112022075256991-pat00025

  10. 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법에 있어서,
    NCI 처리부를 이용하여 레이더 수신 처리 데이터를 넌 코히런트 중첩(Non-Coherent Integration) 처리하는 단계;
    CFAR 처리부를 이용하여 상기 NCI 처리된 신호를 CFAR(Constant False Alarm Rate) 처리하여 1차 표적을 탐지하는 단계; 및
    상관도 탐지 알고리즘 처리부에서, 기 설정된 상관도 탐지 알고리즘을 이용하여 상기 CFAR 처리부로부터 처리된 1차 표적 탐지 신호와 레이더로부터 수신된 레이더 수신 처리 데이터의 상관도를 산출하여 최종적인 소형 표적을 탐지하는 단계를 포함하고,
    상기 최종적인 소형 표적을 탐지하는 단계는,
    상기 CFAR 처리를 통해 N0 거리 게이트에서 표적이 탐지된 경우, 상관도를 계산하기위해 앞, 뒤의 거리 게이트를 선택하고, 선택된 거리 게이트에서 대해서 한 스캔에 해당하는 신호(yN0-1, yN0, yN0+1)를 추출하는 단계;
    상기 선택된 앞뒤 거리 게이트의 신호에 대해 신호 레벨을 맞추기 위해 정규화를 수행하는 단계;
    상기 정규화된 신호에 대해서 상관계수를 이용하여 상관도를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 상관도 값을 기 설정된 임계값(λ)과 비교하여, 비교 결과에 따라 소형표적과 오 표적을 탐지하는 단계를 포함하는 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이더 수신 처리 데이터는, N개의 펄스로 구성되는 레이더 수신 신호의 한 스캔 데이터인 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 1차 표적을 탐지하는 단계는,
    상기 NCI 처리된 신호에 포함된 잡음신호(또는 클러터)로부터 최종적으로 표적의 존재 여부를 판단하기 위해 임계값과의 비교를 수행하여 비교 결과에 따라 1차 표적을 탐지하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기한 추출되는 한 스캔에 해당하는 신호인 yN0-1, yN0, yN0+1는 아래의 식 1과 같이 정의되는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
    [식 1]
    Figure 112022099511946-pat00026

  15. 제14항에 있어서,
    상기 정규화하는 단계는, 상기 추출된 상기 식 1과 같은 신호들에 대하여 신호 레벨을 맞추기 위해 아래의 식 2와 같이 정규화(
    Figure 112022099511946-pat00027
    )를 수행하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
    [식 2]
    Figure 112022099511946-pat00028

  16. 제10항에 있어서,
    상기 상관계수는 아래의 식 3과 같이 내적을 산출하여 계산하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
    [식 3]
    Figure 112022099511946-pat00029

  17. 제10항에 있어서,
    상기 소형표적과 오 표적을 탐지하는 단계는,
    산출된 상관도값이 임계값을 초과하는 경우 소형표적으로 판단하고, 산출된 상관도값이 임계값을 초과하지 않는 경우 오 표적으로 탐지하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 소형표적과 오 표적을 탐지하는 단계에서, 상기 산출된 상관도값과 임계값의 비교는 아래의 식 4를 이용하는 것인 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 방법.
    [식 4]
    Figure 112022075256991-pat00030

KR1020220088901A 2022-07-19 2022-07-19 해상 레이더에서 소형 표적 탐지 시스템 및 그 방법 KR102462307B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102647229B1 (ko) * 2023-05-15 2024-03-13 한화시스템 주식회사 표적 식별 장치 및 해상 표적 식별 방법

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KR102418547B1 (ko) * 2020-11-05 2022-07-07 국방과학연구소 저속 소형 표적 탐지 방법 및 이를 활용하는 레이다 장치.

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