KR102596415B1 - 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법 및 장치 - Google Patents

다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계, 표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 합성하여 제1 후보 극소점들을 생성하는 단계, 제1 후보 극소점에 따른 제1 고각 후보군을 생성하고, 제1 고각 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 표적에 따른 측정값에 의해 측정된 모노펄스 값의 차이를 합성하여 제2 후보 극소점들을 생성하는 단계 및 제2 후보 극소점의 주파수 별 모노펄스 오차가 최소가 되는 최종 고각을 결정하는 단계를 포함하는 고각 측정 방법을 제안한다.

Description

다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법 및 장치{Method and apparatus for improving measure accuracy target elevation angle of Radar in multipath environment}
본 발명은 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히, 다중경로 환경에서 모노펄스 합/차 값과 추적 필터를 이용하여 레이더의 표적 고각 측정 시 정확도를 향상하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 레이더에서 저고도로 비행하는 표적을 탐지 및 추적하는 경우, 수신되는 신호는 표적에 의해 반사되어 직접 레이더로 입사되는 신호 외에도 표면에 의해 반사되는 신호도 합쳐서 수신된다. 이때, 표적에 의해 직접 수신되는 신호 외에 다중 경로에 의한 영향으로 다른 신호가 합쳐져서 들어오므로, 모노펄스 각도 추출 시 오차가 크게 발생하는 문제가 있다.
종래에는 다중경로 영향을 최소화하기 위해서 모노펄스 계산값과 측정값의 오차가 최소가 되는 극소점을 찾아 고각을 선택하였으나, 오차의 차이가 크지 않은 다수 개의 극소점이 발생하는 경우에는 하나의 값을 선택하기 어려운 문제가 있으며, 고각을 잘못 선택하는 경우 고각 오차가 더욱 크게 발생하는 문제가 있다.
또한, 다중 경로에 의한 반사 신호를 가정하여 모노펄스 계산을 통한 고각 추출 시, 시뮬레이션 파라미터가 실제와 다를 경우 오차가 더욱 크게 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모노펄스 값을 이용하여 고각 추출 시 파라미터 값이 실제와 다를 경우에 다른 고각 후보를 최우선으로 선정할 수 있으므로 다수 개의 추적을 통해 실제에 가까운 값을 선택하도록 하여 고각 측정의 정확도를 향상하는 것에 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 상기 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계; 상기 표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 고려하여 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계; 상기 복수의 후보 극소점들에 모노펄스 오차 특성을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하고, 상기 복수의 고각 후보점들 각각의 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하는 단계; 및 상기 확률 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점을 선택하고, 상기 선택된 고각 후보점의 위치에 따른 최종 고각을 추출하는 단계를 포함하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계는, 상기 레이더의 빔 조향각 내에 따른 예상 각도 주변으로 상기 표적 위치 후보군을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계는, 상기 표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고, 모델링을 통해 주파수 별 모노펄스 값을 계산하며, 상기 모델링에 따른 상기 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값의 모노펄스 값의 차이를 통해 주파수 별로 오차 신호들을 획득하는 단계; 상기 오차 신호들을 이용한 신호 합산을 통해 오차 합성 신호를 생성하는 단계; 및 상기 오차 합성 신호의 포락선 상에서 선별된 상기 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 오차 신호들을 획득하는 단계는, 차 패턴에 따른 차 값을 합 패턴에 따른 합 값으로 나누어 상기 주파수 별로 모노펄스 값을 계산하고, 상기 모노펄스 값은 계산된 반사각 및 반사계수를 계산하여 모델링을 통해 계산된 제1 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 의해 측정된 제2 모노펄스 값을 포함하고, 상기 차 패턴 및 합 패턴은 주파수에 따른 함수에 의해 산출함에 따라 상기 합 또는 차의 비율이 주파수에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차 패턴 및 합 패턴은, 상기 레이더의 배열소자 위치, 표적 위치에서의 고각, 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도, 빔조향각 및 지표면 반사 계수를 기반으로 각각 합 패턴 계수 또는 차 패턴 계수를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하는 단계는, 상기 측정값을 기 설정된 개수 이상 획득하면, 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들을 선정하며, 상기 복수의 고각 후보점들 각각에 대하여 추적을 수행하여 상기 고각 후보점들 각각에 따른 확률 값을 계산하며, 상기 복수의 고각 후보점들은 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 오차 값의 크기 순서로 정렬한 후, 상기 오차 값의 크기가 가장 작은 값부터 일정 개수만큼을 선정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 최종 고각을 추출하는 단계는, 상기 복수의 고각 후보점들 각각에 따른 상기 확률 값 각각의 누적 확률 값을 일정 시간 동안 산출하고, 상기 누적 확률 값이 가장 높은 극소점을 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점으로 선택하고, 상기 복수의 고각 후보점들 중 상기 선택된 하나의 고각 후보점에 가장 가까운 값을 위치 값으로 연관시켜 최종 고각을 추출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 누적 확률 값은, 상기 일정 시간 동안 상기 확률 값 각각에서 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수 각각에 가중치를 곱한 값에 상기 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수를 나눈 값인 것을 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 프로세서 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램을 저장하는 메모리를 포함하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치에 있어서, 상기 프로세서는, 레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 상기 레이더에 따른 표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 고려하여 복수의 후보 극소점들을 생성하고, 상기 복수의 후보 극소점들에 모노펄스 오차 특성을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하고, 상기 복수의 고각 후보점들 각각의 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하며, 상기 확률 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점을 선택하고, 상기 선택된 고각 후보점의 위치에 따른 최종 고각을 추출하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 프로세서는, 상기 표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고, 모델링을 통해 주파수 별 모노펄스 값을 계산하며, 상기 모델링에 따른 상기 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값의 모노펄스 값의 차이를 통해 주파수 별로 오차 신호들을 획득하고, 상기 오차 신호들을 이용한 신호 합산을 통해 오차 합성 신호를 생성하며, 상기 오차 합성 신호의 포락선 상에서 선별된 상기 복수의 후보 극소점들을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프로세서는, 차 패턴에 따른 차 값을 합 패턴에 따른 합 값으로 나누어 상기 주파수 별로 모노펄스 값을 계산하고, 상기 모노펄스 값은 계산된 반사각 및 반사계수를 계산하여 모델링을 통해 계산된 제1 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 의해 측정된 제2 모노펄스 값을 포함하고, 상기 차 패턴 및 합 패턴은 주파수에 따른 함수에 의해 산출함에 따라 상기 합 또는 차의 비율이 주파수에 따라 달라지며, 상기 레이더의 배열소자 위치, 표적 위치에서의 고각, 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도, 빔조향각 및 지표면 반사 계수를 기반으로 각각 합 패턴 계수 또는 차 패턴 계수를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프로세서는, 상기 측정값을 기 설정된 개수 이상 획득하면, 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들을 선정하며, 상기 복수의 고각 후보점들 각각에 대하여 추적을 수행하여 상기 고각 후보점들 각각에 따른 확률 값을 계산하며, 상기 복수의 고각 후보점들은 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 오차 값의 크기 순서로 정렬한 후, 상기 오차 값의 크기가 가장 작은 값부터 일정 개수만큼을 선정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 프로세서는, 상기 복수의 고각 후보점들 각각에 따른 상기 확률 값 각각의 누적 확률 값을 일정 시간 동안 산출하고, 상기 누적 확률 값이 가장 높은 극소점을 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점으로 선택하고, 상기 복수의 고각 후보점들 중 상기 선택된 하나의 고각 후보점에 가장 가까운 값을 위치 값으로 연관시켜 최종 고각을 추출하여 상기 표적을 추적하며, 상기 누적 확률 값은 상기 일정 시간 동안 상기 확률 값 각각에서 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수 각각에 가중치를 곱한 값에 상기 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수를 나눈 값인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명은 다중경로에 의한 신호 왜곡이 발생하여 모노펄스 각도 추출이 어려운 경우, 별도의 수신 빔이나 디지털 빔 형성을 통해 표면 반사 신호 방향으로 널을 형성하지 않더라도 표적의 위치를 추정하는 것이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 모노펄스 값을 계산하여 측정값과 비교한 후 고각 위치를 찾으면 여러 개의 고각 후보가 발생할 수 있는데, 추적 필터를 통해 최종 우선순위가 높은 것을 선택하여 고각 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정을 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 위치 후보에 따른 표적 위치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 생성을 확인하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 초기 데이터 수집을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 각각의 추적을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 추적 중 우선 순위가 높은 것을 선택한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명은 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이더에서 저고도로 비행하는 표적을 탐지 및 추적할 때 수신되는 신호는 표적에 의해 반사되어 직접 레이더로 입사되는 신호 외에도 표면에 의해 반사되는 신호도 합쳐서 수신된다. 표적에 의해 직접 수신되는 신호 외에 다중 경로에 의한 영향으로 다른 신호가 합쳐져서 들어오므로 모노펄스 각도 추출 시 오차가 크게 발생하는 문제가 있다. 모노펄스 값을 이용한 고각 추출 시 파라미터 값이 실제와 다를 경우에는 다른 고각 후보를 최우선으로 선정할 수도 있으므로 다수 개의 추적을 통해서 실제 값에 가까운 값을 선택하도록 한다.
종래에는 다중경로 영향을 최소화하기 위해서 모노펄스 계산값과 측정값의 오차의 최소점을 찾아서 고각을 선택하였으나, 다수 개의 극소점이 발생할 경우에는 잘못 선택될 경우 고각 오차가 크게 발생할 수도 있는 문제가 있다. 또한, 기존 방법은 모노펄스 계산값과 측정값의 오차가 최소가 되는 고각을 찾았지만, 오차의 차이가 크지 않은 다수 개의 극소점이 발생할 경우에는 하나의 값을 선택하기 어려우며, 잘못 선택될 경우 고각 오차가 더욱 크게 발생하는 문제가 있다. 또한, 다중 경로에 의한 반사 신호를 가정하여 모노펄스 계산을 통한 고각 추출 시, 시뮬레이션 파라미터가 실제와 다를 경우 오차가 더욱 크게 발생하는 문제가 있다.
본 발명의 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상은 다중경로를 고려하여 모노펄스 합/차 계산값을 통해 측정값과의 차이가 극소점이 되는 고각을 찾을 수 있다. 이때, 다중경로로 인해서 모노펄스 오차가 극소점이 되는 고각 후보군은 여러 개가 발생하는데, 이중에서 하나를 선택하는 것이 아니라 각각에 대한 추적을 형성한 후 일정 시간 관측하여 누적확률이 높은 것을 선택한 후 추적 필터를 적용함으로써 다수의 후보군에서 실제 고각에 가까운 값을 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 저고도 레이다 또는 해상 레이다 등에 사용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상은 다중경로에 의한 신호 왜곡이 발생하여 모노펄스 각도 추출이 어려울 경우, 별도의 수신 빔이나 디지털 빔 형성을 통해 표면 반사 신호 방향으로 널을 형성하지 않더라도 표적의 위치를 추정하는 것이 가능하다.
다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상은 모노펄스 값을 계산하여 측정값과 비교한 후 고각 위치를 찾으면 여러 개의 고각 후보가 발생할 수 있는데, 추적 필터를 통해 최종 우선순위가 높을 것을 선택하여 정확도를 향상시킬 수 있다.
근거리 방어 시스템과 같이 근거리를 탐지하기 위해 레이더는 출력, 이득이 상대적으로 작지만, 근거리에서 낮고 빠르게 다가오는 표적을 빨리 정확히 추적해야 한다. 기존 방법으로 디지털 빔 형성 또는 수신 빔 추가를 위해서는 비용이 증가하지만 본 발명의 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 장치를 적용함으로써 추가 빔 형성 없이 저비용으로 다중경로 효과를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상 방법을 나타내는 흐름도이다. 표적 고각 측정 정확도 향상 방법은 표적 고각 측정 정확도 향상 장치에 의하여 수행될 수 있다.
표적 고각 측정 정확도 향상 방법은 레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계(S110), 표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 고려하여 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계(S120), 복수의 후보 극소점들에 모노펄스 오차 특성을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하고, 복수의 고각 후보점들 각각의 주파수 별 극소점이 수렴되는 각도를 이용하여 실제 표적이 위치한 각도와 상기 고각 후보점의 각도의 차이를 통해 상기 고각 후보점들 별 우선순위를 기반으로 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하는 단계(S130) 및 확률 값을 고려하여 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점을 선택하고, 선택된 고각 후보점의 위치에 따른 최종 고각을 추출하는 단계(S140)를 포함한다.
레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계(S110)는 레이더의 빔 조향각 내에 따른 예상 각도 주변으로 표적 위치 후보군을 생성할 수 있다.
표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 고려하여 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계(S120)는 표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고, 모델링을 통해 주파수 별 모노펄스 값을 계산하며, 모델링에 따른 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 표적에 따른 측정값의 모노펄스 값의 차이를 통해 주파수 별로 오차 신호들을 획득하는 단계, 오차 신호들을 이용한 신호 합산을 통해 오차 합성 신호를 생성하는 단계 및 오차 합성 신호의 포락선 상에서 선별된 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고, 모델링을 통해 주파수 별 모노펄스 값을 계산하며, 모델링에 따른 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 표적에 따른 측정값의 모노펄스 값의 차이를 통해 주파수 별로 오차 신호들을 획득하는 단계는 차 패턴에 따른 차 값을 합 패턴에 따른 합 값으로 나누어 상기 주파수 별로 모노펄스 값을 계산할 수 있다.
모노펄스 값은 계산된 반사각 및 반사계수를 계산하여 모델링을 통해 계산된 제1 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 의해 측정된 제2 모노펄스 값을 포함할 수 있으며, 차 패턴 및 합 패턴은 주파수에 따른 함수에 의해 산출함에 따라 합 또는 차의 비율이 주파수에 따라 달라질 수 있다.
차 패턴 및 합 패턴은 레이더의 배열소자 위치, 표적 위치에서의 고각, 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도, 빔조향각 및 지표면 반사 계수를 기반으로 각각 합 패턴 계수 또는 차 패턴 계수를 이용하여 산출될 수 있다.
복수의 후보 극소점들에 모노펄스 오차 특성을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하고, 복수의 고각 후보점들 각각의 주파수 별 극소점이 수렴되는 각도를 이용하여 실제 표적이 위치한 각도와 상기 고각 후보점의 각도의 차이를 통해 상기 고각 후보점들 별 우선순위를 기반으로 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하는 단계(S130)는 측정값을 기 설정된 개수 이상 획득하면, 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하며, 복수의 고각 후보점들 각각에 대하여 추적을 수행하여 고각 후보점들 각각에 따른 우선순위를 기반으로 확률 값을 계산할 수 있다. 또한, 우선순위를 기반으로 계산된 확률 값을 통해 가중치를 부여하여 누적 확률값을 더 산출할 수 있으며, 이는 수학식 6을 통해 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모노펄스 오차 특성은 실제 표적이 위치한 각도에서는 주파수 별 극소점(Local Minima)이 가까이 수렴되고, 다른 위치에서는 각도 차이가 벌어지는 특성을 나타낸다. 이에 따라, 모노펄스 오차 특성을 이용하여 주파수 별 극소점(Local Minima)을 계산한 후, 해당 각도의 차이를 구하면 실제 표적에 가까운 위치를 찾을 수 있다.
복수의 고각 후보점들은 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 오차 값의 크기 순서로 정렬한 후, 오차 값의 크기가 가장 작은 값부터 일정 개수만큼을 선정될 수 있다.
확률 값을 고려하여 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점을 선택하고, 선택된 고각 후보점의 위치에 따른 최종 고각을 추출하는 단계(S140)는 복수의 고각 후보점들 각각에 따른 우선순위를 기반으로 계산된 확률 값 각각의 누적 확률 값을 일정 시간 동안 산출하고, 누적 확률 값이 가장 높은 극소점을 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점으로 선택하고, 복수의 고각 후보점들 중 상기 선택된 하나의 고각 후보점에 가장 가까운 값을 위치 값으로 연관시켜 최종 고각을 추출할 수 있다.
누적 확률 값은 일정 시간 동안 확률 값 각각에서 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수 각각에 가중치를 곱한 값에 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수를 나눈 값이다.
도 1에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 개재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.
도 2는 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 기기를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경은 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)를 포함한다. 일 실시예에서, 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 타 단말기와 신호를 송수신하는 모든 형태의 컴퓨팅 기기일 수 있다.
표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 적어도 하나의 프로세서(12), 컴퓨터 판독 가능한 저장매체(14) 및 통신 버스(19)를 포함한다. 프로세서(12)는 고각 측정 장치(10)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(12)는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(12)에 의해 실행되는 경우 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)에 저장된 프로그램(15)은 프로세서(12)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독한 가능 저장 매체(14)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 기기들, 광학 디스크 저장 기기들, 플래시 메모리 기기들, 그 밖에 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(19)는 프로세서(12), 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(14)를 포함하여 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(미도시)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(16) 및 하나 이상의 통신 인터페이스(18)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(16) 및 통신 인터페이스(18)는 통신 버스(19)에 연결된다. 입출력 장치(미도시)는 입출력 인터페이스(16)를 통해 고각 측정 장치(10)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(미도시)는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)를 구성하는 일 컴포넌트로서 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)의 내부에 포함될 수도 있고, 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 기기와 연결될 수도 있다.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 상술하는 고각 측정 방법을 수행할 수 있으며, 중복되는 설명은 생략한다.
표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 프로세서 및 프로세서에 의해 실행되는 프로그램을 저장하는 메모리를 포함한다. 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 프로세서에 의해 후술하는 과정이 수행될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상을 위한 구성 및 효과를 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정을 나타내는 예시도이다.
본 발명의 표적 고각 측정은 레이더에서 다중경로에 의한 영향으로 모노펄스 각도 오차가 커질 경우 이를 최소화하기 위해서 측정된 모노펄스 합/차 값과 계산된 모노펄스 합/차 값을 통해서 실제에 가까운 고각 후보군을 추출하고, 추적 필터를 통해서 우선순위가 높은 후보를 선택하여 고각의 정확도를 향상시킬 수 있다.
다중경로 하에서 다중주파수 모노펄스 합/차 값을 이용한 표적 각도 추출은 레이더(100)에 수신되는 표적에 따른 측정값에서 모노펄스 합/차 값으로부터 각도를 바로 계산하는 것이 아니라, 표적(200)의 위치 후보를 두어서 각 위치에서의 다중경로 반사 방향 및 반사계수를 모델링하여 모노펄스 합/차 값을 계산하고 각 후보 위치에서 계산된 값과 측정을 통해 얻은 값의 차이가 최소로 되는 표적 위치를 구하여 표적 각도를 추출할 수 있다. 여기서, 모델링에서 사용되는 파라미터 값이 실제와 다를 경우 오차가 발생할 수 있으므로 다중 주파수 측정을 통해 오차가 최소로 되는 표적 위치를 구할 수 있다.
레이더(100)가 신호를 송신하고 표적에 의해 반사되어 수신되는 표적에 따른 측정값은 레이더(100)로 직접 수신되는 신호와 지표면을 맞고 반사되어 오는 신호의 합으로 나타내어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 레이더(100)가 위치한 높이 hr, 표적(200)의 높이 ht, 그리고 레이더(100)와 표적(200) 사이의 거리 R이 주어지면, 지구 곡률을 고려하여 반사각 등의 기하학적 모델링을 설정할 수 있다.
또한, ψd는 반사점에서 지표각을 나타내며, ψi는 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도를 나타내며, θ는 레이더(100)의 정면을 기준으로 표적(200)에 따른 입사각을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 표적 위치 후보에 따른 표적 위치를 나타내는 도면이다.
다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 정확도 향상은 실제 표적이 위치한 고각을 찾기 위해서 빔폭 내에서 초기 값 기준으로 고각 후보군을 설정할 수 있다. 고각 후보군은 샘플링 간격을 초기에는 크게 설정하다가 오차가 줄어드는 극소점(Local Minima)를 기준으로 다시 세밀하게 설정할 수 있다.
구체적으로, 실제 표적이 위치한 고각을 찾기 위해 위해서 빔폭 내에서 초기 값 기준으로 표적 위치 후보군을 설정하고, 표적 위치 후보군을 기반으로 모델링을 통해 극소점을 산출하여 복수의 후보 극소점들을 생성할 수 있다. 여기서, 복수의 후보 극소점들은 오차가 줄어드는 극소점을 기준으로 세밀하게 설정한 후보군으로서, 표적 위치 후보군 보다 오차율이 낮을 수 있다.
도 4를 참조하면, θti는 표적 위치 후보를 나타내고, θ0은 미리 알고 있는 빔 조향각을 나타내고, θt는 실제 표적 위치를 나타낸다. 여기서, 실제 표적 위치는 알고 있지 않은 정보이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 생성을 확인하는 그래프이다.
도 5는 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과의 차이를 주파수 별로 계산하여 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 측정된 모노펄스 값의 차이를 나타낸 것이다. 다중경로 상황에서는 모노펄스 값이 기하학적 특성에 의해서 반복적으로 나타나기 때문에 오차의 극소점(Local Minima)은 여러 곳에 발생하게 되고 따라서 실제 고각을 찾기가 어렵게 될 수 있다. 이에, 추적 필터를 통해 우선순위가 높은 후보를 선택하여 고각의 추출 시 정확도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 모노펄스 값은 안테나 배열 별로 합/차 패턴을 계산하여 DEL/SUM 값을 의미한다.
도 5를 참조하면, 빨간 선은 실제 표적이 위치한 각도를 나타낸 것이며 실제 위치에서는 모노펄스 값의 오차 값이 최소가 됨을 알 수 있다. 또한, 실제 표적이 위치한 각도에서는 주파수 별 극소점(Local Minima)이 가까이 위치하게 된다.
모노펄스 오차 값은 수학식 1에 의해 산출할 수 있다.
상술한 수학식 1에서, 는 계산된 모노펄스 값을 나타내고, 는 측정된 모노펄스 값을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 계산된 모노펄스 값은 후보군에 따른 모노펄스 값일 수 있으며, 측정된 모노펄스 값은 안테나의 레이더에 의하여 표적에 따른 측정값일 수 있다.
이때, 계산된 모노펄스 값과 측정된 모노펄스 값은 합/차 패턴에 의해 계산할 수 있으며, 이는 수학식 2를 통해 확인할 수 있다.
상술한 수학식 2에서, λ는 파장을 나타내며, xi는 i번째 배열소자의 위치를 나타내고, wsum,i는 합 패턴 계수를 나타내며, wdel,i는 차 패턴 계수를 나타내고, th는 표적 위치에서의 고각을 나타내며, 는 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도를 나타내고, th0은 빔 조향각을 나타내며, 는 지표면 반사 계수를 나타낸다.
수학식 1 및 수학식 2는 본 발명의 모노펄스 값을 산출하기 위한 모델링으로서, 이를 통해 모노펄스 값을 산출할 수 있으며, 이를 통해 주파수 별 오차 신호들을 획득할 수 있다.
상술한 수학식 2와 같이 합/차 패턴은 파장 즉, 주파수에 따른 함수로 나타내어질 수 있다. 따라서, 합/차 비율은 주파수에 따라서 달라지게 된다.
전체 모노펄스 오차는 수학식 3에 의해 산출할 수 있다.
상술한 수학식 3을 참조하면, 전체 모노펄스 오차는 주파수 별 모노펄스 값을 합성한 것으로서, 수학식 2를 이용하여 각각의 주파수 별 모노펄스 오차를 산출하여 합성할 수 있다. 이때, 주파수 별 모노펄스 오차를 산출하여 오차 신호들을 획득할 수 있다.
단일 주파수를 사용하면 모노펄스 값의 오차가 최소인 각도가 여러 곳에서 발생할 수 있지만 다중 주파수를 사용하여 각 주파수에서 측정한 모노펄스 값의 오차가 최소인 곳은 단일 주파수 대비 더 쉽게 수렴되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 다중 주파수로 측정한 후 계산된 모노펄스 값을 측정값과 비교하면 고각을 찾을 확률이 더욱 높아질 수 있다.
또한, 주파수 별 극소점(Local Minima)은 thi,freq로 나타낼 수 있다. 실제 표적이 위치한 각도에서는 주파수 별 극소점(Local Minima)의 위치가 가까워지므로 주파수 별 각도 차이를 구하여 복수의 고각 후보점들을 결정할 수 있다.
주파수 별 각도 차이는 수학식 4를 통해 산출할 수 있다.
상술한 수학식 4는 3개의 주파수를 통해 각도 차이를 비교하는 경우를 나타내는 수학식이다.
복수의 고각 후보점들은 모노펄스 오차 값과 주파수 별 각도 차이 정보를 이용하여 손실함수(Cost Function)를 설정하고 최소가 되는 각도를 선택하여 구할 수 있다. 이는 수학식 5를 통해 산출할 수 있다.
상술한 수학식 5를 참조하면, 복수의 고각 후보점들은 수학식 4를 통해 확인된 주파수 별 각도 차이와 주파수 별 전체 모노펄스 오차 값을 통해 산출할 수 있다.
도 5를 참조하면, 빨간 선은 실제 표적의 고각을 나타낸 것이다.
상술한 수학식을 바탕으로 복수의 후보 극소점들 및 복수의 고각 후보점들을 확인할 수 있다. 이때, 복수의 후보 극소점들을 바탕으로 복수의 고각 후보점들을 생성할 수 있다.
따라서, 주파수 별로 측정한 후 얻은 모노펄스 측정값으로부터 실제 표적의 위치를 찾는 과정은 먼저 주파수 별로 모노펄스 값을 측정하고, 초기 예상되는 위치를 기준으로 표적 위치 후보군을 설정한다. 각 표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고 모델링을 통해 모노펄스 값을 계산한다. 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 측정된 모노펄스 값의 차이를 고려하여 오차 값이 최소가 되는 위치를 찾기에는 샘플링 간격이 크기 때문에 먼저 극소점(Local Minima)들을 찾을 수 있다.
여기서, 극소점들은 후보 극소점들로 구현될 수 있으며, 이를 바탕으로 고각 후보점들을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 후보 극소점들과 복수의 고각 후보점들은 상술한 과정을 거쳐 생성하는 것으로 도시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 과정을 통해 획득한 복수의 후보 극소점들을 기준으로 세밀한 간격으로 고각 샘플링을 2차, 3차 등으로 수행하여 다시 모노펄스 값의 차이를 계산하여 세밀한 샘플링을 통해 확인할 수 있다.
예를 들어, 표적 위치 후보군에 의해 1차로 획득한 극소점(Local Minima)을 기준으로 제1 고각 후보군을 생성한 후, 제1 고각 후보군을 기준으로 2차로 제2 고각 후보군을 생성할 수 있으며, 제2 고각 후보군을 기준으로 3차로 제3 고각 후보군을 생성하는 등의 과정을 반복해서 수행할 수 있다. N차로 획득한 제N차 고각 후보군은 세밀한 샘플링을 통해 모노펄스 값의 오차가 최소가 될 수 있다. 이때, 복수의 후보 극소점들을 바탕으로 일정 범위 내의 고각 후보군을 생성할 수 있다. 여기서, 일정 범위는 사용자에 의해 미리 설정된 범위로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 레이더가 추적 빔 방사 후 측정값이 들어오면, 모노펄스 값의 계산값과 측정값의 차이로부터 극소점(Local Minima)에 해당되는 복수의 후보 극소점들을 생성하고, 각 극소점(Local Minima)에서의 오차 특성을 반영하여 실제 표적 위치일 확률을 계산한다. 초기에는 각 극소점(Local Minima) 위치에서의 추적을 형성하며, 확률값을 반영하여 최종 추적을 선택할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정을 나타내는 그래프이다.
도 6은 주파수 별 오차 특성을 반영한 우선순위를 나타내는 것으로, 각각의 마크(*, o, Δ,
Figure 112021031386200-pat00010
)를 표시한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마크는 제1 마크(*), 제2 마크(o), 제3 마크(Δ) 및 제4 마크(
Figure 112021031386200-pat00011
)를 포함할 수 있다.
얇은 파란 선은 원래(Original) 값을 나타내고, 얇은 빨간 선은 측정(Measured) 값을 나타내며, 굵은 빨간 선은 제1 마크(*)의 결과를 나타내고, 굵은 검은 선은 실제와 가까운(Nearest to real) 결과를 나타낸다.
도 6은 모노펄스 값의 차이에 따른 극소점(Local Minima)으로부터 고각 후보를 나타내는 복수의 후보 극소점들을 나타내고, 그 중에서 우선순위가 높은 것을 빨간색 선으로 표시한 것이고, 실제 위치에 가까운 것을 검은색 선으로 표시한 것이다. 이때, 모노펄스 오차 특성에 따른 우선순위 결정은 확률적이므로 실제 값과의 오차가 크게 발생할 수 있음을 의미할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 초기 데이터 수집을 나타내는 그래프이다.
도 7은 다중경로 하에서 다중 주파수 모노펄스 합/차 값과 추적 필터를 이용한 표적 각도 추출 방안을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 레이더 수신신호에서 측정된 모노펄스 합/차 값으로부터 오차가 최소인 복수의 후보 극소점들을 구하고, 추적 필터를 통해서 최종 고각 선택하여 고각 정확도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 7은 모노펄스 값 차이의 극소점(Local Minima) 중에서 값이 최소로 되는 것부터 나열하여 일부를 선택하고, 각 위치에서 추적을 위한 초기 데이터 수집 구간을 나타낸다.
각각의 극소점(Local Minima) 에서도 주파수 별 오차 특성을 반영한 우선순위는 확률적인 값이며 그림에서 각각의 마크( *, o, Δ,
Figure 112021031386200-pat00012
)는 확률이 높은 순서대로 표시한 것이다. 즉, 실제 고각에 가까운 위치가 항상 확률이 높은 것은 아니지만, 일정 구간에서 누적하여 관측하면 확률이 높은 횟수가 가장 많이 발생하는 것을 볼 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 각각의 추적을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 초기 추적을 위한 데이터 수집 이후에, 각각 극소점(Local Minima) 값을 하나의 플롯으로 간주하고 각각의 극소점(Local Minima)에 위치하는 고각으로 추적을 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고각 후보군의 추적 중 우선 순위가 높은 것을 선택한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 여러 개의 추적을 형성한 후 일정 시간 경과 후에는, 누적된 우선순위 값을 판단하여 최종 한 개를 선택하고 이를 바탕으로 추적 필터를 통해 여러 개의 고각 후보 중에서 최종 한 개를 선택할 수 있으며, 실제 값에 가까운 값으로 추적할 수 있게 된다.
따라서, 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 초기에 추적 형성을 위해서 측정값을 수집할 수 있으며, 각 고각 후보군 별로 측정 데이터를 연관시켜 수집할 수 있다. 여기서, 고각 후보군은 복수의 후보 극소점들을 나타낸다.
표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 일정 개수(Ninit) 이상의 측정 값을 포함하는 측정 데이터가 수집되면 초기 추적을 형성하며, 이후 측정으로부터 얻은 여러 개의 고각 후보군에 대해서 각각 추적을 수행한다.
이 때, 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 각 고각 후보군이 확률값을 포함하고 있으며, 일정 기간(Nmeas) 동안 누적하여 확률이 가장 높은 추적 하나를 선택하고, 다음 측정 시 고각 후보군 중에서 선택된 추적에 가까운 값을 연관시켜서 추적을 갱신하고 예측할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 누적 확률은 일정 기간 동안 우선순위가 1위가 나온 횟수, 2위가 나온 회수, 3위가 나온 회수에 각 회수에 가중치를 곱하여 더한 결과를 누적 확률로 설정하였다.
누적 확률(Probability)은 수학식 6과 같이 산출할 수 있다.
수학식 6에서, Ni는 우선순위가 i번 나온 횟수를 나타내고, wi는 가중치를 나타내며, i는 정수를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, i는 1,2,3으로 구현될 수 있다. 이에 따라 누적 확률은 (N1 * w1 + N2 * w2 + N3 * w3 ) / ( N1 + N2 + N3 )로 산출될 수 있다.
상술한 과정을 시뮬레이션한 결과는 도 7 내지 도 9에 나타내었으며, 추적을 통해 최종 선택된 고각은 도안 9에서와 같이 실제 표적 위치에 가까이 수렴함을 알 수 있다.
즉, 다중경로로 인해 발생하는 문제점은 모노펄스 특성 상 다수개의 해가 존재하기 때문에 실제 위치를 선택하기 어렵다는 점이다. 따라서, 표적 고각 측정 정확도 향상 장치(10)는 모노펄스 오차의 특성으로부터 복수의 후보 극소점들에 대한 각각의 확률을 계산하고, 이를 일정 기간 동안 누적하여 관측하면 실제 위치에 가까운 후보 극소점들을 선택하고 추적할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 표적 고각 측정 정확도 향상 장치
12: 프로세서
14: 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체
15: 프로그램
16: 입출력 인터페이스
18: 통신 인터페이스
19: 통신 버스

Claims (13)

  1. 레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 상기 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계;
    상기 표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 고려하여 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계;
    상기 복수의 후보 극소점들에 모노펄스 오차 특성을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하고, 상기 복수의 고각 후보점들 각각의 주파수 별 극소점이 수렴되는 각도를 이용하여 실제 표적이 위치한 각도와 상기 고각 후보점의 각도의 차이를 통해 상기 고각 후보점들 별 우선순위를 기반으로 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하는 단계; 및
    상기 확률 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점을 선택하고, 상기 선택된 고각 후보점의 위치에 따른 최종 고각을 추출하는 단계를 포함하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이더에 따른 표적 위치 후보군을 생성하는 단계는,
    상기 레이더의 빔 조향각 내에 따른 예상 각도 주변으로 상기 표적 위치 후보군을 생성하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계는,
    상기 표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고, 모델링을 통해 주파수 별 모노펄스 값을 계산하며, 상기 모델링에 따른 상기 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값의 모노펄스 값의 차이를 통해 주파수 별로 오차 신호들을 획득하는 단계;
    상기 오차 신호들을 이용한 신호 합산을 통해 오차 합성 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 오차 합성 신호의 포락선 상에서 선별된 상기 복수의 후보 극소점들을 생성하는 단계를 포함하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오차 신호들을 획득하는 단계는,
    차 패턴에 따른 차 값을 합 패턴에 따른 합 값으로 나누어 상기 주파수 별로 모노펄스 값을 계산하고,
    상기 모노펄스 값은 계산된 반사각 및 반사계수를 계산하여 모델링을 통해 계산된 제1 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 의해 측정된 제2 모노펄스 값을 포함하고,
    상기 차 패턴 및 합 패턴은 주파수에 따른 함수에 의해 산출함에 따라 상기 합 또는 차의 비율이 주파수에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 차 패턴 및 합 패턴은,
    상기 레이더의 배열소자 위치, 표적 위치에서의 고각, 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도, 빔조향각 및 지표면 반사 계수를 기반으로 각각 합 패턴 계수 또는 차 패턴 계수를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하는 단계는,
    상기 측정값을 기 설정된 개수 이상 획득하면, 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들을 선정하며, 상기 복수의 고각 후보점들 각각에 대하여 추적을 수행하여 상기 고각 후보점들 각각에 따른 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하며,
    상기 복수의 고각 후보점들은 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 오차 값의 크기 순서로 정렬한 후, 상기 오차 값의 크기가 가장 작은 값부터 일정 개수만큼을 선정하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최종 고각을 추출하는 단계는,
    상기 복수의 고각 후보점들 각각에 따른 상기 실제 표적 위치일 확률 값 각각의 시간에 따른 누적 확률 값을 일정 시간 동안 산출하고, 상기 누적 확률 값이 가장 높은 극소점을 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점으로 선택하고,
    상기 복수의 고각 후보점들 중 상기 선택된 하나의 고각 후보점에 가장 가까운 값을 위치 값으로 연관시켜 최종 고각을 추출하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 누적 확률 값은,
    상기 일정 시간 동안 상기 실제 표적 위치일 확률 값 각각에서 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수 각각에 가중치를 곱한 값에 상기 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수를 나눈 값인 것을 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 방법.
  9. 프로세서 및 상기 프로세서에 의해 실행되는 프로그램을 저장하는 메모리를 포함하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치에 있어서,
    상기 프로세서는,
    레이더에 의하여 표적에 따른 측정값을 획득하며, 상기 레이더에 따른 표적 위치 후보군에 따른 주파수 별로 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 따른 모노펄스 값의 차이를 고려하여 복수의 후보 극소점들을 생성하고,
    상기 복수의 후보 극소점들에 모노펄스 오차 특성을 고려하여 복수의 고각 후보점들을 선정하고, 상기 복수의 고각 후보점들 각각의 주파수 별 극소점이 수렴되는 각도를 이용하여 실제 표적이 위치한 각도와 상기 고각 후보점의 각도의 차이를 통해 상기 고각 후보점들 별 우선순위를 기반으로 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하며,
    상기 확률 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점을 선택하고, 상기 선택된 고각 후보점의 위치에 따른 최종 고각을 추출하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 표적 위치 후보군에서 주파수 별로 표면 반사각 및 반사계수를 계산하고, 모델링을 통해 주파수 별 모노펄스 값을 계산하며, 상기 모델링에 따른 상기 표적 위치 후보군에서 계산된 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값의 모노펄스 값의 차이를 통해 주파수 별로 오차 신호들을 획득하고,
    상기 오차 신호들을 이용한 신호 합산을 통해 오차 합성 신호를 생성하며,
    상기 오차 합성 신호의 포락선 상에서 선별된 상기 복수의 후보 극소점들을 생성하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    차 패턴에 따른 차 값을 합 패턴에 따른 합 값으로 나누어 상기 주파수 별로 모노펄스 값을 계산하고,
    상기 모노펄스 값은 계산된 반사각 및 반사계수를 계산하여 모델링을 통해 계산된 제1 모노펄스 값과 상기 표적에 따른 측정값에 의해 측정된 제2 모노펄스 값을 포함하고,
    상기 차 패턴 및 합 패턴은 주파수에 따른 함수에 의해 산출함에 따라 상기 합 또는 차의 비율이 주파수에 따라 달라지며, 상기 레이더의 배열소자 위치, 표적 위치에서의 고각, 지표면에 의해 반사되어 입사되는 각도, 빔조향각 및 지표면 반사 계수를 기반으로 각각 합 패턴 계수 또는 차 패턴 계수를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 측정값을 기 설정된 개수 이상 획득하면, 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 복수의 고각 후보점들을 선정하며, 상기 복수의 고각 후보점들 각각에 대하여 추적을 수행하여 상기 고각 후보점들 각각에 따른 실제 표적 위치일 확률 값을 계산하며,
    상기 복수의 고각 후보점들은 상기 복수의 후보 극소점들의 오차 값을 고려하여 상기 오차 값의 크기 순서로 정렬한 후, 상기 오차 값의 크기가 가장 작은 값부터 일정 개수만큼을 선정하는 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 고각 후보점들 각각에 따른 상기 실제 표적 위치일 확률 값 각각의 누적 확률 값을 일정 시간 동안 산출하고, 상기 누적 확률 값이 가장 높은 극소점을 상기 복수의 고각 후보점들 중에서 하나의 고각 후보점으로 선택하고,
    상기 복수의 고각 후보점들 중 상기 선택된 하나의 고각 후보점에 가장 가까운 값을 위치 값으로 연관시켜 최종 고각을 추출하여 상기 표적을 추적하며,
    상기 누적 확률 값은 상기 일정 시간 동안 상기 실제 표적 위치일 확률 값 각각에서 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수 각각에 가중치를 곱한 값에 상기 우선 순위 별로 N(N은 정수)번 나온 횟수를 나눈 값인 것을 특징으로 하는 표적 고각 측정 정확도 향상 장치.
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