KR20020013571A - 레이더 장치 - Google Patents

Abstract

N 개의 레이더 송신기 펄스들의 상호 분리된 군들의 주기적 송신용 송신기 및 이 레이더 송신기 펄스들의 반향신호들의 수신용 수신기를 갖는 레이더 장치이다. 또한, 이 레이더 장치는 레이더 송신기 펄스들의 2 개 군들 사이에서 관측된 수화시간 내에서 그 반향신호들을 처리하는 영상처리기를 구비한다. 일 군 내의 펄스들의 적합한 시간간격 (staggering) 을 선택함으로써, 표적 범위 및 속도를 명확히 결정할 수 있다.

Description

레이더 장치 {RADAR APPARATUS}

본 발명은 N=4, 5, 6,.. 인 N 개의 레이더 송신기 펄스들의 상호 분리된 군들의 주기적 송신용 송신기, 이 레이더 송신기 펄스들의 반향신호 수신용 수신기, 및 이 수신된 반향 신호에 기초하여 가능한 물체들을 탐지하고 이 물체들의 파라미터들을 추정하는 영상처리기를 구비하는 레이더 장치에 관한 것이다.

이런 형태의 레이더 장치들은 종래기술에 공지되어 있다. 여기서 논의하는 장치들은 2 개의 연속적인 레이더 송신기 펄스들 사이의 수화시간 (listening time) 을 관측하여 반향신호들을 수신하는 레이더 장치들이다. 이들 공지된 레이더 장치들의 단점은, 원거리 표적에 대해, 2 개의 펄스들 사이의 시간간격을 크게 선택해야 하므로, 표적의 시선속도 (radial velocity) 의 명확한 결정을 방해한다는 점이다.

본 발명의 레이더 장치는 이 단점들을 상당히 해결하며,

본 발명의 일 태양에 따르면, 레이더 송신기 펄스들의 2 개 군 사이에서 관측된 수화시간 내에 반향신호들을 처리하도록 영상처리기가 설계되는 것을 특징으로 한다. 하나의 표적에 대해, N 개의 반향신호들이 수신되고, 이 반향신호들에 기초하여 표적 범위 및 시선속도가 명확히 결정될 수 있다.

본 발명에 따르는 레이더 장치의 바람직한 실시예는, 그 영상처리기가, 그 수신기에 의해 결정된 복소 영상 강도들의 열 (row) 을 저장하는 메모리수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 열에서, 그 송신된 패턴에 대응하는 반향 신호들의 패턴을 찾아낼 수 있다. 또한, 이 N 개 반향신호의 위상편이를 고려함으로써, 도플러 주파수를 결정하여 이 반향신호들과 관련된 표적의 시선속도를 결정할 수 있다.

본 발명에 따르는 레이더 장치의 또 다른 바람직한 실시예는, 그 영상처리기가, 그 영상 강도들의 열로부터의 연속적인 부열 (subrow) 을 처리하는 디지털 필터를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이는, 이 부열들이 그 영상 강도들의 열보다 훨씬 짧아서, 한정된 갯수의 입력을 갖는 디지털 필터를 사용할 수 있다는 장점을 수반한다. 좀더 정확히 말하면, 이 부열들은, 포인트 표적에 반사된 그 N 개 반향신호들의 동시처리가 가능할 정도로 적당히 길어야 한다. 그런 후, 거의 최상의 탐지를 획득하기 위하여, 그 복소 영상 강도들의 열을 그 디지털 필터에 통과시키면 된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따른 매우 바람직한 실시예는, 이 디지털 필터가 푸리에 변환기 또는 동가의 선형 변환기를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이것은 거의 최상의 탐지를 가능하게 하며, 그 N 개 반향신호들의 위상편이에 기초하여 도플러 주파수 및 표적의 시선속도를 동시에 결정하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따르는 또 다른 바람직하고 단순한 실시예는, 일 군 내에서, 펄스들은 상호 위상동기이고 두 펄스들 사이의 시간간격은 항상 단위시간의 배수인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따른 바람직한 실시예는, 하나의 포인트 표적에대하여 푸리에 변환기가 거의 하나 이상의 부열에 대한 출력신호를 전달하도록, 일 군 내의 펄스들을 시간순으로 위치시키도록 그 송신기가 설계되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따른 바람직한 실시예는, 모든 가능한 적합한 펄스패턴들로부터 하나의 펄스패턴이 선택되고, 포인트 표적의 경우 이 패턴에 대해, 푸리에 변환기가 최소의 측엽들 (sidelobes) 을 갖는 출력신호를 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 레이더 장치를 작동시키는 방법에 관한 것으로, 이 방법에 따르면, N=4, 5, 6,.. 인 N 개의 레이더 송신기 펄스들의 군들을 주기적으로 송신한다.

본 발명의 일 태양에 따르는 방법은, 레이더 송신기 펄스들의 2 개 군 사이의 수화시간 내에, 수신된 레이더 반향신호들이 영상처리기에 인가되어 가능한 탐지된 표적의 파라미터들을 추정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실현방법은, 그 수신된 레이더 반향 신호들이 디지털화되고, 표적에 반사된 그 N 개 반향 신호들을 결합하는 N 개 이상의 입력을 갖는 디지털 필터에 순차적으로 통과되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르는 바람직한 실현방법은, 일 군 내의 레이더 송신기 펄스들을 시간상의 비등거리로 송신하는 경우, 적어도 일 포인트 표적에 대해, 디지털 필터가 거의 한번 이상 출력신호를 전달하도록 그 일 군 내의 레이더 송신기 펄스들의 위치가 정해지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르는 바람직한 실현방법은, 그 수신된 레이더 반향신호들이 디지털화 되고, M>>N 인 N 개의 입력 및 M 개의 출력을 갖는 푸리에 변환기에 순차적으로 인가되는 것을 특징으로 한다. 그러면, 표적의 속도가 동시에 결정될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 일 포인트 표적에 대해, 그 푸리에 변환기가 최소의 측엽들을 갖는 출력신호를 전달하도록 일 군 내의 레이더 송신기 펄스들의 위치가 정해진다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르는 바람직한 실현방법은, 각각의 송신된 군 및 각각의 부열에 대해, 푸리에 변환기 또는 동가의 변환기의 적어도 최강의 출력신호에 대해 사전탐지가 발생되는 것을 특징으로 한다. P=1, 2,.., Q=1, 2, 및 P ≤Q 인, Q 개의 연속으로 송신된 군들로부터의 동일한 부열에 대해, P 개 이상의 거의 동일한 사전탐지가 발생되면 탐지가 발생된다.

본 발명을 다음의 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 레이더 장치의 블럭도이다.

도 2a 는 본 발명에 따르는 레이더 송신기 펄스들의 가능한 일 군을 나타낸다.

도 2b 는 그 군에 대한 자기상관 함수를 나타낸다.

도 3a 는 정지 표적에 대한 하나의 가능한 영상처리기를 나타낸다.

도 3b 는 알고 있는 속도의 표적에 대한 하나의 가능한 영상처리기를 나타낸다.

도 4 는 임의의 속도의 표적에 대한 하나의 가능한 영상처리기를 나타낸다.

도 5 는 표적의 하나의 가능한 스펙트럼을 나타낸다.

도 1 은 본 발명의 레이더 장치의 가능한 일실시예의 블럭도이다. 송신기 (1) 는 송신 안테나 (2) 를 통하여 송신되는 레이더 송신기 펄스들의 군들을 발생시킨다. 수신 안테나 (3) 로 레이더 반향신호들이 수신되고 수신기 (4) 내에서 처리되어 복소 디지털 영상신호가 생성된다. 또한, 통상적으로, 종래 기술에 공지된 T/R 유닛을 적용한 일체식 송신/수신 안테나를 사용할 수도 있다. 수신기 (4) 에 의해 생성된 그 영상신호가 영상처리기 (5) 에 인가되고, 이 영상처리기의 메모리수단 (6) 내에 일시적으로 저장되어 다음 처리를 기다린다. 이 메모리수단 (6) 의 저장내용은 디지털 필터 (7) 에 의해 필터링되고, 이 디지털 필터의 출력은 문턱회로 (8) 에 접속된다. 소정의 문턱치를 초과하면, 이 문턱회로 (8) 는 사전탐지를 발생시키고, 연속적으로 전송된 레이더 송신기 펄스들의 군들에 대한 이 가능한 사전탐지들은 결합기 (9) 내에서 결합되어 탐지를 발생시키고, 이 탐지를 다음 처리를 위해, 출력 (10) 에 인가한다.

도 2a 는 본 발명에 따른 레이더 송신기 펄스들의 가능한 일 군을 나타낸다. 이 군은 몇 가지 특징을 나타낸다. 첫째, 두 펄스 사이의 시간간격이 이 레이더 장치의 수화시간 (즉, 펄스가 표적까지 도달했다가 되돌아오는데 소요된 시간) 보다 훨씬 짧다. 둘째, 펄스의 지속시간이 2 개의 펄스들 사이의 시간간격 (이 경우 T1, T2, T3) 보다 짧다. 셋째, 이 선택된 군의 자기상관 함수는 단 하나의 피크를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 바람직하게는 시간간격 T1, T2, T3 는 상이하게 선택된다.

본 발명에 따르면, 한 군이 송신되고 이 군 전체에 대한 표적 반향신호가 동시에 처리된다. 이를 위해, 이 표적 반향신호가 자기상관기에 인가되고, 이 자기상관기는 자기상관 함수 내의 피크에 의해 표적의 위치를 제공한다.

도 2b 는 도 2a 에 도시한 군에 대한 자기상관 함수를 나타낸다. 단 하나의 높이 4 인 피크가 존재하고 모든 측엽들은 높이 1 을 갖도록 펄스들의 위치가 유의해서 결정되었다. T1, T2, T3 가 크게 선택되면, 확실히 이런 특징을 갖는 군들의 갯수가 많아진다는 것은 명백하다. 그러나, 이 군이 너무 길어서는 안되는데, 이는 레이더 장치의 최소범위를 너무 크게 하기 때문이다. 한 군 내에 포함될 펄스들의 갯수에 소정의 한계를 두지 않으면, 송신기의 최대 듀티주기를 초과하기 때문이다.

통상적으로, 레이더 장치는 4 개의 펄스가 아닌 약 10 개의 펄스를 방출한다. 이는 자기상관 함수의 주엽(main lobe)/측엽(side lobe)의 비를 개선하여 탐지확률을 높이는 장점을 수반한다.

도 3a 는 정지 표적 용의 하나의 가능한 디지털 필터 (7) 를 상세히 나타낸다. 이 필터는, 레이더 수신기가 생성한 복소 영상 강도들의 열을 포함하며 범위 양자들 (range quants) 로 분할된 메모리수단 (6) 에 인가된다. 단 하나의 표적의 경우, 4 개의 메모리 셀 (11a, 11b, 11c, 11d) 각각은, 한번의 단일 버스트 (burst) 로 송신된 4 개 펄스들로부터 유래하며 잡음 레벨보다 높은 표적 강도를 포함한다. 여기서, 디지털 필터 (7) 는 송신된 패턴과 일치하는 4 개의 메모리수단으로부터의 표적 강도들을 계속 가산하는 가산기 회로로서 구현된다. 송신된 군의 특징 때문에, 표적 범위를 나타내는 단 하나의 출력신호가 디지털 필터 (7) 의 출력에 나타난다. 이동 표적의 경우, 4 개의 표적 강도들은 가변 위상을 나타내며, 그 결과 탐지손실이 발생한다.

도 3b 는 알고 있는 속도의 표적에 대한 하나의 가능한 디지털 필터 (7) 를 나타내며, 이 디지털 필터 (7) 는 위상-편이 회로망 (12a, 12b, 12c, 12d) 을 구비한다. 이들 회로망 (12a, 12b, 12c, 12d) 은, 하나의 선택된 속도에 대하여 표적의 이동의 결과로서 발생한 위상 편이가 한 군 내의 펄스들의 타이밍에 기초하여 보상되도록 선택된다. 이는 원래의 자기상관 함수를 회복/복귀시키고 탐지손실을 제거한다.

도 4 는 임의의 속도의 표적에 대한 하나의 가능한 영상처리기를 나타낸다. 디지털 필터 (7) 는 메모리수단 (6) 에 인가되는 푸리에 변환기로서 구현된다. 이 예에 도시한 군은 길이 16 의 범위 양자들을 가지기 때문에, 16-입력 푸리에 변환기가 사용되고, 이 푸리에 변환기의 출력 (0, 5, 11 및 15) 만이 해당 범위 양자들에 접속되어, 수신된 신호의 최상의 합을 보장한다. 다른 입력들은 사용되지 않는다. 도 3a 를 참조하여 설명한 상관기와 완전히 유사하게, 이 푸리에 변환기의 출력 (0) 에 정지 표적인 경우의 상관신호가 나타난다. 이동 표적의 반향 신호들은 표적의 위치 및 속도를 결정하기 위해 푸리에 변환기 (7) 의 다른 출력들에 나타난다.

본 발명에 따르면, 푸리에 변환기 (7) 의 출력신호는 문턱회로 (8) 에 입력된다. 이 문턱회로 (8) 에서는, 16 개의 입력치들로부터의 범위 양자마다 문턱치가 종래 기술에 공지된 방법으로 결정될 수 있다. 또한, 하나의 입력치가 이 문턱치를 크게 초과하는지가 확인될 수 있고, 이는 이 범위 양자내에 표적이 존재함을 나타내며, 그 후 사전탐지가 발생된다. 그 결과, 당업자는 탐지확률 및 오경보율을 명확히 확립할 수 있다.

또한, 문턱치를 도입하지 않고 탐지를 발생시킬 수도 있다. 이 방법은, 표적의 존재시 스펙트럼 내에 하나의 최대치가 존재한다는 전제에 기초한다. 만일 2 개의 최대치가 발생한 경우, 이 최대치들 중 하나가 임의로 최대치로서 지정된다. 전송한 군마다, 문턱회로 (8) 는, 각각의 범위 양자에 대하여 푸리에 변환기 (7) 의 어떤 출력이 최고치를 보였는지를 기억한다. 표적의 부재시 특정 출력에 대한 우선권이 없는 경우, 연속적으로 송신된 군들에 대하여, 범위 양자마다 어떤 출력이 통계적으로 더 빈번히 최고치가 존재하는지가 결합기 (9) 내에서는 확인될 수 있다. 이런 경우, 탐지가 출력 (10) 에 제공된다.

푸리에 변환기 (7) 로의 입력치들은 실제로 가중되지 않아서, 출력신호의 도플러 영역에서 측엽의 발생을 유발할 수 있다. 그러므로, 유한한 갯수의 가능한 펄스들의 군들에 대하여 어떤 군이 최소의 측엽을 발생시키는지를 확인하여 이 군을 사용하는 것이 바람직하다.

도 5 는 푸리에 변환기 (7) 의 출력에 나타난 표적의 하나의 가능한 스펙트럼을 나타낸다. 이 모의실험에서는, 1400 Mc/s 의 레이더 주파수로 11 개의 펄스들을 송신하고, 속도 0 m/s 의 표적을 모의실험했다. 가로축 척도는 m/s 를 나타낸다. 이 도는 16000 m/s 의 극도로 높은 폴딩 (folding) 속도를 나타낸다.

Claims (15)

1. N=4, 5, 6,.. 인 N 개의 레이더 송신기 펄스의 상호 분리된 군들의 주기적 송신용 송신기, 상기 레이더 송신기 펄스들의 반향신호들의 수신용 수신기, 및 상기 수신된 반향신호들에 기초하여 가능한 물체들을 탐지하고 이들 물체들의 파라미터를 추정하는 영상처리기를 갖는 레이더 장치로서,

   상기 영상처리기는, 상기 레이더 송신기 펄스들의 2 개의 군들 사이에서 관측되는 수화시간 내에 반향신호들을 처리하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영상처리기는 상기 수신기에 의해 결정된 복소 영상 강도들의 열 (row) 을 저장하는 메모리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 영상처리기는 상기 영상 강도들의 열로부터 연속적인 부열 (subrow) 을 처리하는 디지털 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 디지털필터는 푸리에 변환기 또는 동가의 선형 변환기를 구비하는 것을특징으로 하는 레이더 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   일 군 내에서, 상기 펄스들은 상호 위상동기이고 2 개의 펄스들 사이의 시간 간격은 항상 단위시간의 배수인 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 송신기는, 포인트 표적에 대하여 상기 푸리에 변환기가 거의 하나 이상의 부열에 대한 출력신호를 전달하도록 일 군 내에 시간 순서로 상기 펄스들을 위치시키도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   가능한 모든 적합한 펄스패턴들로부터, 포인트 표적의 경우 하나의 펄스패턴이 선택되고, 이 펄스패턴에 대해 상기 푸리에 변환기가 최소의 측엽들을 갖는 출력신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
8. N=4, 5, 6,.. 인 N 개의 레이더 송신기 펄스들의 군이 주기적으로 송신되는, 레이더 장치를 동작시키는 방법으로,

   상기 레이더 송신기 펄스들의 2 개의 군 사이의 수화시간 내에, 상기 수신된 레이더 반향신호들이 영상처리기에 인가되어 하나의 가능한 탐지된 표적의 파라미터들이 추정되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 수신된 레이더 반향신호들은 디지털화되고 N 개 이상의 입력을 갖는 디지털 필터에 순차적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 레이더 송신기 펄스들이 시간상의 비등거리로 송신되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    일 군 내의 상기 레이더 송신기 펄스들은, 적어도 포인트 표적에 대해, 상기 디지털 필터가 거의 한번 이상 출력신호를 전달하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 수신된 레이더 반향신호들은 디지털화되고 M>>N 인 M 개의 입력을 갖는 푸리에 변환기에 순차적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    일 군 내의 상기 레이더 송신기 펄스들은, 적어도 포인트 표적에 대하여, 상기 푸리에 변환기가 주파수 영역에서 최소의 측엽들을 갖는 출력신호를 전달하도록 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    송신된 군 및 부열마다, 상기 푸리에 변환기의 적어도 최강의 출력신호에 대해 사전탐지가 발생되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    P=1, 2,.. Q=1, 2,.. 및 P ≤Q 인, Q 개의 연속으로 송신된 군들로부터 동일한 부열에 대해, P 개 이상의 동일한 사전탐지가 발생되면, 탐지가 발생되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 동작방법.