KR102533749B1 - 표적 탐지 방법 및 시스템 - Google Patents

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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 위상 잡음 성분을 제거한 신호를 이용한 표적 탐지 방법 및 시스템을 개시한다. 상기 방법은 적어도 하나의 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는, 표적 탐지 방법으로서, 레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 HRRP(High resolution range profile) 데이터를 획득하는 단계, 상기 HRRP 데이터에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택하는 단계, 상기 제1 거리 셀을 기준으로 상기 HRRP 데이터를 순환 시프트(circular shift)하여, 상기 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성하는 단계, 상기 제1 시프트 데이터의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성하는 단계, 상기 제1 스펙트럼 차이 데이터를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))을 생성하는 단계, 상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 상기 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터를 생성하는 단계, 및 상기 제1 보정 HRRP 데이터를 기초로 표적을 탐지하는 단계를 포함한다.

Description

표적 탐지 방법 및 시스템{Method and system for detecting target}
본 발명은 표적 탐지 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 큰 신호에 의해 야기되는 위상 잡음 성분을 제거한 고해상도 프로파일을 이용하여 표적을 탐지하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
밀리미터파 레이다 시스템에서 고해상도 프로파일(HRRP: High resolution range profile)에 나타나는 수신신호에는 큰 반사 파워 신호와 작은 반사 파워 신호가 포함된다. 따라서, 큰 반사 파워 신호에 의해 야기되는 위상잡음 성분에 의해 작은 반사 파워 신호가 가려질 경우가 있다.
큰 반사 파워 물체와 목표로 하는 작은 반사 파워 물체의 물리적 위치 차이를 예상할 수 있는 경우라면, 위상잡음을 제거한 고해상도 프로파일의 복원이 가능하다. 그러나 밀리미터파 시스템에서 큰 반사 파워를 갖는 물체와 작은 반사 파워를 갖는 물체의 절대적 위치를 알지 못할 경우에는 큰 반사 파워 신호에 의한 위상잡음이 제거된 작은 반사 파워를 갖는 신호의 거리 정보가 왜곡되므로, 위상잡음을 제거한 고해상도 프로파일을 복원할 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 잡음 성분을 제거한 고해상도 프로파일을 이용하여 표적을 탐지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위상 잡음 성분을 제거한 고해상도 프로파일을 이용하여 표적을 탐지하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술적 문제를 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 표적 탐지 방법은, 레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 HRRP(High resolution range profile) 데이터를 획득하는 단계, 상기 HRRP 데이터에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택하는 단계, 상기 제1 거리 셀을 기준으로 상기 HRRP 데이터를 순환 시프트(circular shift)하여, 상기 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성하는 단계, 상기 제1 시프트 데이터의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성하는 단계, 상기 제1 스펙트럼 차이 데이터를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 생성하는 단계, 상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 상기 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터를 생성하는 단계, 및 상기 제1 보정 HRRP 데이터를 기초로 표적을 탐지하는 단계를 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 HRRP 데이터는 상기 레이다 시스템의 주파수 변조 송신 신호 및 상기 주파수 변조 송신 신호에 대응하는 수신 신호를 기초로 생성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 제1 거리 셀은 상기 HRRP 데이터에서 가장 큰 피크 값을 갖는 거리 셀인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 제1 시프트 데이터(S1(m))는 상기 제1 거리 셀에 해당하는 원점을 기준으로 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))를 포함하고, 상기 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))는 S1 -(n) = S1(-n)이고, 상기 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 S1 +(n) = S1(n)이고, 상기 제1 좌측 스펙트럼 데이터 및 상기 제1 우측 스펙트럼 데이터는 동일한 개수(n)의 거리 셀을 갖고, 여기서 m은 -(N-1)/2에서 (N-1)/2 까지의 정수이고, n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이고, N은 상기 HRRP 데이터의 거리 셀의 총 개수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1(n))와 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1(-n))에 기초하여, D1(n)=S1(n)-S1(-n)에 따라 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 원점을 기준으로 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))를 포함하고, 상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1 -(n) = Q1(-n)이고, 상기 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1 +(n) = Q1(n)이고, 상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 우측 스펙트럼 데이터는 동일한 개수(n)의 거리 셀을 갖고, 여기서 m은 -(N-1)/2에서 (N-1)/2 까지의 정수이고, n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이고, N은 상기 HRRP 데이터의 거리 셀의 총 개수인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 상기 D1(n)이 양수일 경우, 상기 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1(n) = D1(n), 상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1(-n) = 디폴트 값(default value) 에 따라 생성되고, 상기 D1(n)이 음수일 경우, 상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1(-n) = D1(n), 상기 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1(n) = 디폴트 값(default value) 에 따라 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 예에 따르면, 상기 디폴트 값(default value)은 수신 신호의 평균 노이즈 값인 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치를 이용하여 전술한 표적 탐지 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된다.
상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 표적 탐지 시스템에 있어서, 레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 HRRP(High resolution range profile) 데이터를 획득하는 HRRP 데이터 생성부, 상기 HRRP 데이터에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택하고, 상기 제1 거리 셀을 기준으로 상기 HRRP 데이터를 순환 시프트(circular shift)하여, 상기 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성하는 제1 시프트 데이터 생성부, 상기 제1 시프트 데이터의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성하는 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부, 상기 제1 스펙트럼 차이 데이터를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))을 생성하는 제1 보정 시프트 데이터 생성부, 상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 상기 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터를 생성하는 제1 보정 HRRP 데이터 생성부, 및 상기 제1 보정 HRRP 데이터를 기초로 표적을 탐지하는 표적 탐지부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 밀리미터파 주파수 변조 레이다 시스템의 고해상도 프로파일에서 큰 반사 파워 신호와 작은 반사 파워 신호의 거리 정보를 알지 못할 경우에도 큰 반사 파워 신호에 의해 야기된 위상잡음을 감소시키고 작은 반사 파워 신호의 거리 정보를 유지함으로써 표적을 탐지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 표적 탐지 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 HRRP 데이터 생성부에서 고해상도 프로파일(HRRP) 데이터를 생성하는 신호처리 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 위상 잡음 성분을 제거한 신호를 이용한 표적 탐지 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 탐지 시스템에서 제1 보정 시프트 데이터 생성부의 동작 과정을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 획득한 HRRP 데이터를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 시프트 데이터(S1(m))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 로그 스케일로 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있다. 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다. 즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니다. 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고, 본 발명의 명세서, 특허청구범위 및 도면에 기재된 용어 "제1", "제2" 등은 유사한 대상을 구별하기 위한 것으로 특정된 순서 또는 선후 순서를 표시하기 위한 것이 아니다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "??기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미한다. 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 표적 탐지 시스템의 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 표적 탐지 시스템(10)은 HRRP 데이터 생성부(100), 제1 시프트 데이터 생성부(200), 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300), 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400), 제1 보정 HRRP 데이터 생성부(500), 및 표적 탐지부(600)를 포함한다.
HRRP 데이터 생성부(100)는 레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 HRRP(High resolution range profile, 고해상도 프로파일) 데이터를 획득한다. HRRP 데이터(S(m))는 큰 반사 파워 신호 및 작은 반사 파워 신호를 포함할 수 있다. HRRP 데이터 생성부(100)는 생성된 HRRP 데이터(S(m))를 제1 시프트 데이터 생성부(200)로 전달할 수 있다.
제1 시프트 데이터 생성부(200)는 HRRP 데이터(S(m))에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택하고, 제1 거리 셀을 기준으로 HRRP 데이터(S(m))를 순환 시프트(circular shift)하여, 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터((S1(m))를 생성한다. 원점은 비트 주파수, 즉 거리 셀이 0인 지점일 수 있다. 제1 시프트 데이터(S1(m))는 HRRP 데이터(S(m))를 거리 셀 방향으로만 시프트한 데이터이기 때문에 HRRP 데이터(S(m))와 마찬가지로 위상 잡음이 제거되지 않은 데이터이다. 제1 시프트 데이터 생성부(200)는 생성된 제1 시프트 데이터(S1(m))를 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)로 전달할 수 있다.
제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)는 제1 시프트 데이터(S1(m))의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성한다. 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성하기 전에, 제1 시프트 데이터(S1(m))의 원점을 기준으로 제1 좌측 스펙트럼 데이터 및 제1 우측 스펙트럼 데이터를 생성할 수 있다. 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)는 생성된 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)로 전달할 수 있다.
제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 생성한다. 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 생성된 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 제1 보정 HRRP 데이터 생성부(500)로 전달할 수 있다.
제1 보정 HRRP 데이터 생성부(500)는 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 생성한다. 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))는 HRRP 데이터(S(m))에서 위상 잡음이 제거된 데이터일 수 있다. 제1 보정 HRRP 데이터 생성부(500)는 생성된 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 표적 탐지부(600)로 전달할 수 있다.
표적 탐지부(600)는 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 기초로 표적을 탐지한다. 표적 탐지부(600)는 HRRP 데이터(S(m))로 표적을 탐지할 때보다 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))로 표적을 탐지할 때, 더 정확한 결과를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 HRRP 데이터 생성부에서 고해상도 프로파일(HRRP) 데이터를 생성하는 신호처리 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2를 참조하면, HRRP 데이터(S(m))는 레이다 시스템의 주파수 변조 송신 신호(SIGT) 및 주파수 변조 송신 신호(SIGT)에 대응하는 수신 신호(SIGR)를 기초로 생성된 아날로그 신호(SIGanal)를 디지털 신호(SIGdig)로 변환하고, 디지털 신호(SIGdig)를 고속 푸리에 변환하여 생성될 수 있다. HRRP 데이터 생성부(100)는 송신부(120), 수신부(140), 제1 안테나부(110), 제2 안테나부(130), 아날로그-디지털 변환기(ADC, 150), 디지털 하향 변환기(DDC, 160), 및 고속 푸리에 변환기(FFT, 170)를 포함할 수 있다. HRRP 데이터 생성부(100)는 파워스펙트럼 산출부(180)를 더 포함할 수 있다. 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 제1 안테나부(110) 및 제2 안테나부(130)는 동일한 안테나일 수 있다.
HRRP 데이터(S(m))는 일반적인 밀리미터파 주파수 변조 단속 지속파 레이다 시스템에서 신호처리 과정을 통해 얻어진 고해상도 프로파일(HRRP)을 나타낼 수 있다. 송신부(120) 및 제1 안테나부(110)로부터 송신 신호(SIGT)가 송신되어 물체들에 의해 반사된 수신 신호(SIGR)가 제2 안테나부(130)를 통해 입력된다. 제2 안테나부(130)는 수신 신호(SIGR)에 대응하는 수신 RF 신호(RRF)를 출력하며, 수신 RF 신호(RRF)는 수신부(140)를 통해 수신 기저대역 신호(Rb)로 하향 변환될 수 있다. 송신 기저대역 신호(Tb)와 수신 기저대역 신호(Rb)는 믹서(mixer)를 통해 아날로그 신호(SIGanal)로 합성될 수 있다. 아날로그 신호(SIGanal)는 아날로그-디지털 변환기(ADC, Analog-to-digital converter, 150)를 통하여 디지털 신호(SIGdig)로 변환될 수 있다. 디지털 신호(SIGdig)는 디지털 하향 변환기(DDC, Digital down converter, 160)를 통해 원하는 주파수 대역 신호(SIG)로 변환되고, 고속 푸리에 변환기(FFT, 170)을 통해 V(m)신호로 변환될 수 있다. V(m)신호의 파워스펙트럼(Power spectral desnity), S(m)=|V(m)|2 이 HRRP(고해상도 프로파일) 데이터에 해당한다. HRRP 데이터(S(m))에서 큰 수신 신호에 의한 위상 잡음에 의해 주변의 작은 신호들이 가려질 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 위상 잡음 성분을 제거한 신호를 이용한 표적 탐지 방법을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 3을 참조하면, HRRP 데이터(S(m))에서 피크 값을 갖는 거리 셀을 원점으로 변조하여, 좌측 스펙트럼 및 우측 스펙트럼의 차이를 구하고, 스펙트럼 차이를 기초로 생성된 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 이용하여 표적을 탐지할 수 있다.
HRRP 데이터 생성부(100)는 레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼을 나타내는 HRRP 데이터(S(m))를 획득한다(S10).
제1 시프트 데이터 생성부(200)는 HRRP 데이터(S(m))에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택한다(S20). 제1 거리 셀은 HRRP 데이터(S(m))에서 가장 큰 피크 값을 갖는 거리 셀일 수 있다.
제1 시프트 데이터 생성부(200)는 제1 거리 셀을 기준으로 HRRP 데이터(S(m))를 순환 시프트하여, 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성한다(S30). 제1 시프트 데이터(S1(m))는 제1 거리 셀에 해당하는 원점을 기준으로 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))를 포함할 수 있다. 여기서, m은 -(N-1)/2에서 (N-1)/2까지의 정수이고, N은 HRRP 데이터(S(m))의 거리 셀의 총 개수이다. 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))는 S1 -(n) = S1(-n)로 표현되고, 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 S1 +(n) = S1(n)로 표현될 수 있다. 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 동일한 개수의 거리 셀을 갖고, 여기서 n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이다.
제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)는 제1 시프트 데이터(S1(m))의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성한다(S40). 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))와 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))의 차이에 기초하여, D1(n)=(S1 +(n))-(S1 -(n))에 따라 생성될 수 있다. 따라서, 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))의 거리 셀은 (N-1)/2 개이다. 여기서 N은 홀수인 것으로 가정한다.
제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 생성한다(S50). 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 원점을 기준으로 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))를 포함할 수 있다. 여기서, m은 -(N-1)/2에서 (N-1)/2까지의 정수이고, N은 HRRP 데이터(S(m))의 거리 셀의 총 개수이다.
제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1 -(n) = Q1(-n)로 표현되고, 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1 +(n) = Q1(n)로 표현될 수 있다. 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 동일한 개수의 거리 셀을 갖고, n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이다.
D1(n)이 음수일 경우 D1(n)에 기초하여 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))가 생성되고, D1(n)이 0 또는 양수일 경우 D1(n)에 기초하여 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))가 생성될 수 있다. 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))의 생성 과정은 도 4에서 더 자세히 상술한다.
제1 보정 HRRP 데이터 생성부(500)는 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 생성한다(S60). 제1 거리 셀의 정위치는 HRRP 데이터(S(m))에서 피크 값이 발생했던 제1 거리 셀의 위치일 수 있다. 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m)) 및 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))는 HRRP 데이터(S(m))에서 위상 잡음이 제거된 데이터일 수 있다.
표적 탐지부(600)는 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 기초로 표적을 탐지한다(S70).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 탐지 시스템에서 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)의 동작 과정을 도시한다.
도 4를 참조하면, 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 이용하여, 원점을 기준으로 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))를 포함하고, 위상 잡음이 제거된 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 생성할 수 있다.
제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)로부터 생성된 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 입력 받을 수 있다(S400).
제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n)) 값이 0 또는 양수인지 판단할 수 있다(S410).
제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n)) 값이 0 또는 양수인 경우, 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1(n) = D1(n), 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1(-n) = 디폴트 값(default value)에 따라 제1 보정 시프트 데이터(Q1(-n), Q1(n))를 생성할 수 있다(S420). Q1(0)에는 피크 값 S1(0)이 맵핑될 수 있다. 디폴트 값(default value)은 수신 신호의 평균 노이즈 값일 수 있다.
제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n)) 값이 음수인 경우, 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1(-n) = D1(n), 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1(n) = 디폴트 값(default value)에 따라 제1 보정 시프트 데이터(Q1(-n), Q1(n))를 생성할 수 있다(S430).
제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 또는, 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))의 거리 셀(n)이 (N-1)/2 보다 작거나 같은지 판단할 수 있다(S440). 거리 셀(n)이 (N-1)/2 보다 작거나 같은 경우, 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 다음 거리 셀(n+1)의 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n+1)) 값을 입력 받아(S400) 이후 단계(S410 - S440)를 반복할 수 있다. 여기서, n은 1 이상의 자연수이다. 거리 셀이 원점인 제1 보정 시프트 데이터(Q1(0))는 가장 큰 피크 값인 S1(0)이 맵핑된다.
거리 셀(n)이 (N-1)/2 보다 큰 경우, 제1 보정 시프트 데이터 생성부(400)는 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 생성할 수 있다(S450).
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 획득한 HRRP 데이터(S(m))를 도시한다.
도 5a를 참조하면, HRRP 데이터(S(m))는 레이다 시스템으로부터 거리 셀(m)에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 데이터일 수 있다. 도 5a에서 가로축이 거리 셀들(m)을 나타내고, 세로축이 로그 스케일의 파워스펙트럼을 나타낸다.
HRRP 데이터(S(m))는 HRRP 데이터 생성부(100)의 신호 처리로 얻어진 V(m)의 파워스펙트럼을 나타낸다. HRRP 데이터(S(m))의 고해상도 프로파일 신호들 중에서 큰 수신 신호에 의한 위상 잡음에 의해 주변의 작은 신호들이 가려질 수 있다. 예를 들어, HRRP 데이터(S(m))에서 B에 대응되는 신호는 큰 반사 파워 신호를 나타낼 수 있고, W1 및 W2는 상대적으로 작은 반사 파워 신호를 나타낼 수 있다. 도 5a의 HRRP 데이터(S(m))에 따르면, 큰 반사 파워 신호를 나타내는 B의 신호에 의한 위상 잡음으로 인해 상대적으로 작은 반사 파워 신호를 나타내는 W1 및 W2의 신호가 구별되기 어려울 수 있다.
B의 신호는 가장 큰 피크 값을 갖는 신호로, 제1 거리 셀은 가장 큰 피크 값(신호 B)을 갖는 신호의 거리 셀을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 5a에서 제1 거리 셀은 1062이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 시프트 데이터(S1(m))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5b를 참조하면, 제1 시프트 데이터(S1(m))는 도 5a의 HRRP 데이터(S(m))에서 제1 거리 셀이 원점에 위치하도록 제1 거리 셀을 기준으로 HRRP 데이터(S(m))를 순환 시프트(circular shift)한 데이터일 수 있다.
이 때, 원점을 기준으로 전체 거리 셀의 절반에 해당하는 거리 셀(1000) 이후의 거리 셀에 대한 데이터는 원점을 기준으로 좌측(음수 거리 셀)에 위치시킴으로써, 원점을 기준으로 좌우가 동일한 개수의 거리 셀을 갖도록 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성할 수 있다.
예를 들어, 제1 시프트 데이터(S1(m))에서 큰 반사 파워 신호를 갖는 B의 신호가 원점에 위치할 수 있다.
도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5c를 참조하면, 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))는 제1 시프트 데이터(S1(m))의 좌측 데이터로서, 제1 시프트 데이터(S1(m))에서 거리 셀(m)이 음수 값인 데이터일 수 있다. 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 제1 시프트 데이터(S1(m))의 우측 데이터로서, 제1 시프트 데이터(S1(m))에서 거리 셀(m)이 양수 값인 데이터일 수 있다. 일 예에 따르면, 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))는 거리 셀이 0인 피크 값(B 신호)을 더 포함할 수 있다. 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 거리 셀이 0인 피크 값(B 신호)을 더 포함할 수 있다.
제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 동일한 개수의 거리 셀을 가질 수 있다. 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))는 거리 셀을 내림차순으로 정렬한 데이터일 수 있고, 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 거리 셀을 오름차순으로 정렬한 데이터일 수 있다.
제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 제1 시프트 데이터 생성부(200)에서 생성될 수도 있고, 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부(300)에서 생성될 수도 있다.
도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5d를 참조하면, 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))와 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))의 선형 스케일의 차이를 기초로 생성될 수 있다.
제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 D1(n)= S1 +(n)-S1 -(n)에 따라 생성될 수 있다. 여기서, S1 +(n)와 S1 -(n)은 선형 스케일의 데이터이며, n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이고, N은 HRRP 데이터(도 5a, S(m))의 거리 셀의 총 개수이다. 거리 셀(n)이 원점(0)인 제1 스펙트럼 차이 데이터 값(D1(0))에는 도 5b의 S1(0) 값이 맵핑된다. 일 예에 따르면, 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 도 5c에 도시된 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))에서 원점에서부터 절대값이 같은 거리 셀(n)에 해당하는 데이터 값의 차를 포함하는 데이터일 수 있다. 예를 들어, HRRP 데이터(S(m))의 거리 셀의 개수가 2001인 경우, 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))의 거리 셀의 개수는 1000일 수 있다. 즉, HRRP 데이터(S(m))이 0 내지 2000의 거리 셀(m)에서 정의될 경우, 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 1 내지 1000의 거리 셀(n)에서 정의될 수 있다.
도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5e를 참조하면, 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))를 포함할 수 있다.
제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 원점을 기준으로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))의 좌측 데이터로서, 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))에서 거리 셀(m)이 음수 값인 데이터일 수 있다. 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))의 우측 데이터로서, 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))에서 거리 셀(m)이 양수 값인 데이터일 수 있다.
제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 원점을 기준으로 동일한 개수의 거리 셀을 가질 수 있다.
제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 D1(n)이 양수일 경우, D1(n)을 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))로, 디폴트 값(default value)을 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))로 하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 가장 큰 피크 값을 갖는 B 신호보다 상대적으로 작은 파워를 갖는 W2 신호에 대응되는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 양수일 수 있다. 거리 셀(n)이 원점(0)인 제1 보정 시프트 데이터 값(Q1(0))에는 도 5b에 도시된 가장 큰 피크 값인 S1(0)이 맵핑된다.
제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 D1(n)이 음수일 경우, D1(n)을 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))로, 디폴트 값(default value)을 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))로 하여 생성될 수 있다. 예를 들어, B 신호보다 상대적으로 작은 파워를 갖는 W1 신호에 대응되는 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 음수이다.
도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따라 표적 탐지 시스템이 생성한 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 로그 스케일로 도시한다.
도 5f를 참조하면, 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))는 HRRP 데이터(도 5a, S(m))에서 큰 수신 신호에 의한 위상 잡음이 감소된 결과 데이터를 도시한다.
제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))는 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 제1 거리 셀이 HRRP 데이터(S(m))의 정위치에 위치하도록 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))는 제1 보정 시프트 데이터(도 5e, Q1(m))를 HRRP 데이터(도 5a, S(m))의 거리 셀에 따라 순환 시프트한 데이터로, HRRP 데이터(도 5a, S(m))와 B 신호, W1 신호, 및 W2 신호가 위치하는 거리 셀은 일치할 수 있다.
제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))는 HRRP 데이터(도 5a, S(m))에 비해 위상 잡음이 감소하여, 제1 보정 HRRP 데이터(R1(m))를 이용하여 표적을 탐지할 경우, 큰 반사 파워 신호(B 신호)뿐만 아니라 큰 반사 파워 신호에 의해 가려졌던 상대적으로 작은 반사 파워 신호(W1 신호 및 W2 신호)도 구분할 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10 : 표적 탐지 시스템
100 : HRRP 데이터 생성부
110 : 제1 안테나부
120 : 송신부
130 : 제2 안테나부
140 : 수신부
150 : 아날로그-디지털 변환기(ADC)
160 : 디지털 하향 변환기(DDC)
170 : 고속 푸리에 변환기(FFT)
180 : 파워스펙트럼 산출부
200 : 제1 시프트 데이터 생성부
300 : 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부
400 : 제1 보정 시프트 데이터 생성부
500 : 제1 보정 HRRP 데이터 생성부
600 : 표적 탐지부

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는, 표적 탐지 방법으로서,
    레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 HRRP(High resolution range profile) 데이터를 획득하는 단계;
    상기 HRRP 데이터에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택하는 단계;
    상기 제1 거리 셀을 기준으로 상기 HRRP 데이터를 순환 시프트(circular shift)하여, 상기 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성하는 단계;
    상기 제1 시프트 데이터의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성하는 단계;
    상기 제1 스펙트럼 차이 데이터를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 생성하는 단계;
    상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 상기 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 보정 HRRP 데이터를 기초로 표적을 탐지하는 단계를 포함하는 표적 탐지 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 HRRP 데이터는,
    상기 레이다 시스템의 주파수 변조 송신 신호 및 상기 주파수 변조 송신 신호에 대응하는 수신 신호를 기초로 생성된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고,
    상기 디지털 신호를 고속 푸리에 변환하여 생성되는 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 거리 셀은,
    상기 HRRP 데이터에서 가장 큰 피크 값을 갖는 거리 셀인 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 시프트 데이터(S1(m))는,
    상기 제1 거리 셀에 해당하는 원점을 기준으로 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n)) 및 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))를 포함하고,
    상기 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1 -(n))는 S1 -(n) = S1(-n)이고,
    상기 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1 +(n))는 S1 +(n) = S1(n)이고,
    상기 제1 좌측 스펙트럼 데이터 및 상기 제1 우측 스펙트럼 데이터는 동일한 개수(n)의 거리 셀을 갖고,
    여기서 m은 -(N-1)/2에서 (N-1)/2 까지의 정수이고,
    n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이고,
    N은 상기 HRRP 데이터의 거리 셀의 총 개수인 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))는 제1 우측 스펙트럼 데이터(S1(n))와 제1 좌측 스펙트럼 데이터(S1(-n))에 기초하여,
    D1(n)=S1(n)-S1(-n)에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는 원점을 기준으로 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n)) 및 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))를 포함하고,
    상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1 -(n) = Q1(-n)이고,
    상기 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1 +(n) = Q1(n)이고,
    상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터 및 상기 제2 우측 스펙트럼 데이터는 동일한 개수(n)의 거리 셀을 갖고,
    여기서 m은 -(N-1)/2에서 (N-1)/2 까지의 정수이고,
    n은 1에서 (N-1)/2 까지의 자연수이고,
    N은 상기 HRRP 데이터의 거리 셀의 총 개수인 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))는,
    상기 D1(n)이 양수일 경우,
    상기 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1(n) = D1(n), 상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1(-n) = 디폴트 값(default value) 에 따라 생성되고,
    상기 D1(n)이 음수일 경우,
    상기 제2 좌측 스펙트럼 데이터(Q1 -(n))는 Q1(-n) = D1(n), 상기 제2 우측 스펙트럼 데이터(Q1 +(n))는 Q1(n) = 디폴트 값(default value) 에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 디폴트 값(default value)은 수신 신호의 평균 노이즈 값인 것을 특징으로 하는 표적 탐지 방법.
  9. 컴퓨팅 장치를 이용하여 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  10. 표적 탐지 시스템에 있어서,
    레이다 시스템으로부터 거리 셀들에 대한 파워스펙트럼(Power spectral density)을 나타내는 HRRP(High resolution range profile) 데이터를 획득하는 HRRP 데이터 생성부;
    상기 HRRP 데이터에서 피크 값을 갖는 제1 거리 셀을 선택하고, 상기 제1 거리 셀을 기준으로 상기 HRRP 데이터를 순환 시프트(circular shift)하여, 상기 제1 거리 셀이 원점에 위치하는 제1 시프트 데이터(S1(m))를 생성하는 제1 시프트 데이터 생성부;
    상기 제1 시프트 데이터의 원점을 기준으로 좌측 스펙트럼과 우측 스펙트럼의 차이를 기초로 제1 스펙트럼 차이 데이터(D1(n))를 생성하는 제1 스펙트럼 차이 데이터 생성부;
    상기 제1 스펙트럼 차이 데이터를 기초로 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))을 생성하는 제1 보정 시프트 데이터 생성부;
    상기 제1 보정 시프트 데이터(Q1(m))를 순환 시프트하여, 상기 제1 거리 셀이 정위치에 위치하는 제1 보정 HRRP 데이터를 생성하는 제1 보정 HRRP 데이터 생성부; 및
    상기 제1 보정 HRRP 데이터를 기초로 표적을 탐지하는 표적 탐지부를 포함하는 표적 탐지 시스템.
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