KR20020042966A - Apparatus for rejective clutter signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도플러 신호에 대한 감쇄가 없이 비디오 신호에 나타나는 클러터 신호를 시간 영역에서 제거하는 클러터 신호 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to a radar, and more particularly, to a clutter signal removal device for removing a clutter signal appearing in a video signal in a time domain without attenuation of a Doppler signal.
일반적으로 레이더(RADAR : Radio Detection And Ranging)는 인간의 가시거리 한계를 초월하여 원거리에 있는 물체의 존재를 탐지하는 센서로서, 기상 여건이나 주야에 관계없이 전천후 기능을 가지고 단거리부터 수평선 너머 지구 반대편의장거리 물체까지 탐지할 수 있는 고유한 신호의 특성이 있기 때문에 기존의 광학 수단을 이용한 방식과는 완전히 다른 전자파 센서이다.In general, radar (Radar Detection and Ranging) is a sensor that detects the presence of objects at a distance beyond human visual field limits. Because of the unique signal characteristics that can detect long-range objects, it is a completely different electromagnetic sensor than conventional methods.
레이더는 전자파를 이용하여 원거리의 표적을 볼 수 있는 전천후 전자의 눈으로서 항공 운항 및 관제, 지구 및 우주탐사, 기상관측, 선박 항해, 자동차 속도 측정 및 충돌방지 등의 민수용 뿐만 아니라 조기경보, 항만감시, 대공방어, 미사일 유도통제 등의 군사용으로 사용되고 있다.Radar is an all-weather electronic eye that uses electromagnetic waves to see long-range targets. Early warning, port monitoring, as well as civil use, such as air navigation and control, earth and space exploration, meteorological observation, ship navigation, vehicle speed measurement, and collision avoidance. It is used for military purposes such as air defense, air defense, and missile guidance control.
이러한 레이더는 여러 가지 형태의 레이더가 있으며, 이는 전파 형태에 따라 종류가 나뉜다.These radars have various types of radars, which are classified according to radio wave types.
레이더는 크게 연속파 레이더와 펄스 레이더로 나뉘며, 연속파 레이더는 도플러 레이더와, FMCW 레이더로 나뉘고, 펄스 레이더는 펄스 레이더와, 펄스 압축 레이더로 나뉜다.Radar is divided into continuous wave radar and pulse radar. Continuous wave radar is divided into Doppler radar, FMCW radar, and pulse radar is divided into pulse radar and pulse compression radar.
이러한 레이더는 클러터 신호를 제거하기 위해 도 1에 도시된 바와 같은 클러터 신호 제거장치(1)를 구비하며, 클러터 신호 제거장치(1)는 A/D 컨버터(10)와, 클러터 신호 처리부(20)와, FFT 신호 처리기(30)로 구성된다.Such a radar includes a clutter signal removing device 1 as shown in FIG. 1 to remove the clutter signal, and the clutter signal removing device 1 includes an A / D converter 10 and a clutter signal. It consists of a processor 20 and an FFT signal processor 30.
A/D 컨버터(10)는 시스템으로부터 입력되는 비디오 신호를 샘플링한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하고, 클러터 신호 처리부(20)는 클러터 신호 제거 기능을 수행하도록 샘플링된 비디오 신호를 샘플링 시간만큼 지연시키는 지연선(Delay Line)(21)과, A/D 컨버터(10)의 출력과 지연선(21)의 출력의 차를 계산하는 합 계산기(22)로 구성된다. FFT 신호 처리기(30)는 합 계산기(22)의 출력 신호를 FFT(Fast Fourier Transform: 고속 푸리에 변환)를 수행한다.The A / D converter 10 samples the video signal input from the system, converts the video signal into a digital signal, and outputs the digital signal. The clutter signal processing unit 20 outputs the sampled video signal by the sampling time to perform the clutter signal removal function. A delay line 21 for delaying and a sum calculator 22 for calculating a difference between the output of the A / D converter 10 and the output of the delay line 21. The FFT signal processor 30 performs Fast Fourier Transform (FFT) on the output signal of the sum calculator 22.
이러한 종래의 클러터 신호 제거장치의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하며 살펴보면, A/D 컨버터(10)에서 샘플링되어 클러터 신호 처리부(20)로 입력된 신호를 아래의 수학식 1과 같은 벡터로 표시하였을 때,Referring to FIGS. 1 and 2, the operation of the conventional clutter signal removing apparatus is described. The signal sampled by the A / D converter 10 and input to the clutter signal processing unit 20 is represented by Equation 1 below. When expressed as a vector,
클러터 신호 처리부(20)는 아래의 수학식 2와 같은 연산을 수행하여 결과를 FFT 신호 처리기로 출력한다.The clutter signal processor 20 performs an operation as shown in Equation 2 below and outputs the result to the FFT signal processor.
연산의 과정에서 볼 수 있듯이 이러한 클러터 제거 방법은 직류 성분을 띄며 나타나는 클러터 신호를 각 샘플 데이터의 차를 구함으로써 클러터 신호를 제거한다. 도플러 신호에 대한 클러터 제거 성능을 알아보기 위하여 클러터 신호 처리부(20)로 입력되는 비디오 신호를 V1, 출력을 V2로 표시하면 아래의 수학식 3과 같은 입/출력 특성을 가진다.As shown in the calculation process, the clutter removal method removes the clutter signal by obtaining a difference of each sample data from the clutter signal appearing with a DC component. In order to determine the clutter rejection performance of the Doppler signal, when the video signal input to the clutter signal processing unit 20 is represented by V 1 and the output is represented by V 2 , it has an input / output characteristic as shown in Equation 3 below.
위의 수학식 3에서 도출된 결과를 도플러 주파수(레이더 펄스 송신 주파수로정규화된 주파수)에 따른 클러터 신호 처리부의 상대적인 이득으로 그래프로 표시하면 도 2에 도시된 바와 같은 특성을 가진다.When the result obtained in Equation 3 is graphed as a relative gain of the clutter signal processing unit according to the Doppler frequency (frequency normalized by the radar pulse transmission frequency), it has the characteristics as shown in FIG. 2.
그러나 이러한 종래의 클러터 신호 제거장치는 도 2에 도시된 바와 같이 클러터 신호외에 도플러 신호의 이득 감쇄가 발생한다. 예를 들면 이득 감쇄가 없는 0.5Hz의 이득을 1로 기준으로 했을 때 0.3Hz의 도플러 주파수는 0.8의 이득을 가진다. 이러한 이득 감쇄는 원하는 레이더 탐지거리를 얻기 위해서 보다 높은 전력을 갖는 레이더 펄스가 공중으로 방사되어야 함을 의미하며, 또한 동일한 표적이 저속 및 고속으로 이동할 때 감지가 어려워지는 문제점이 있다.However, in the conventional clutter signal removing apparatus, gain attenuation of the Doppler signal occurs in addition to the clutter signal as shown in FIG. 2. For example, with a gain of 0.5 Hz without gain attenuation as 1, a Doppler frequency of 0.3 Hz has a gain of 0.8. This gain attenuation implies that a higher power radar pulse must be emitted into the air in order to achieve the desired radar detection distance, and also has a problem that it is difficult to detect when the same target moves at a low speed and a high speed.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입력 비디오 신호에 혼재되어 있는 클러터 신호를 최소 자승법에 의한 직선 근사를 출력하여 이를 이용하여 클러터 신호를 제거함으로써 도플러 신호에 대한 감쇄가 없이 표적이 저속, 중속, 고속으로 이동하는 경우에도 동일한 이득 및 탐지 확률을 가지도록 하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and outputs a linear approximation of clutter signals mixed in an input video signal by a least-square method to remove the clutter signals, thereby reducing attenuation of the Doppler signal. It is to ensure that the target has the same gain and detection probability even if the target moves at low speed, medium speed, and high speed.
도 1은 종래의 클러터 신호 제거장치의 구성을 나타낸 블록도1 is a block diagram showing the configuration of a conventional clutter signal removal device
도 2는 종래의 클러터 신호 제거장치의 제거 특성을 나타낸 그래프2 is a graph showing the removal characteristics of the conventional clutter signal removal device
도 3은 본 발명에 따른 클러터 신호 제거장치의 구성을 나타낸 블록도Figure 3 is a block diagram showing the configuration of the clutter signal removing apparatus according to the present invention
<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 : 클러터 신호 제거장치110 : A/D 컨버터100: clutter signal removal device 110: A / D converter
120 : 클러터 신호 처리부121 : 직선 근사 계산기120: clutter signal processing unit 121: linear approximation calculator
122 : 합 계산기130 : FFT 신호 처리기122: Sum Calculator 130: FFT Signal Processor
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above object,
레이더의 클러터 신호 제거장치에 있어서,In the radar clutter signal removal device,
시스템으로부터 입력되는 비디오 신호를 샘플링한 후 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 컨버터와;An A / D converter for sampling the video signal input from the system and converting the video signal into a digital signal;
상기 A/D 컨버터로부터 출력되는 샘플링된 비디오 신호를 최소 자승법에 의한 직선식을 구하는 직선 근사 계산기와, 상기 직선 근사 계산기로부터 출력과 상기 A/D 컨버터의 출력의 차를 계산하는 합 계산기로 구성되는 클러터 신호 처리부와;A linear approximation calculator for obtaining a linear expression of the sampled video signal output from the A / D converter by the least square method, and a sum calculator for calculating a difference between the output of the A / D converter and the output from the linear approximation calculator. A clutter signal processor;
상기 클러터 신호 처리부의 합 계산기로부터 출력되는 신호로 FFT를 수행하는 FFT 신호 처리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.And an FFT signal processor for performing FFT on the signal output from the sum calculator of the clutter signal processing unit.
이하, 본 발명에 의한 클러터 신호 제거장치의 구성 및 작용을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the clutter signal removing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 3은 본 발명에 따른 클러터 신호 제거장치의 구성을 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a clutter signal removing apparatus according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 클러터 신호 제거장치(100)는 A/D 컨버터(110)와, 클러터 신호 처리부(120)와, FFT 신호 처리기(130)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the clutter signal removing apparatus 100 according to the present invention includes an A / D converter 110, a clutter signal processing unit 120, and an FFT signal processor 130.
A/D 컨버터(110)는 시스템으로부터 입력되는 비디오 신호를 샘플링한 후 디지털 신호로 변환하여 출력한다.The A / D converter 110 samples the video signal input from the system, converts it into a digital signal, and outputs the digital signal.
클러터 신호 처리부(120)는 A/D 컨버터(110)로부터 출력되는 샘플링된 비디오 신호를 최소 자승법에 의한 직선식을 구하는 직선 근사 계산기(121)와, 직선 근사 계산기(121)로부터 출력과 A/D 컨버터(110)의 출력의 차를 계산하는 합 계산기(122)로 구성된다.The clutter signal processing unit 120 obtains a straight line approximation calculator 121 for obtaining a linear expression of the sampled video signal output from the A / D converter 110 by the least square method, and outputs A / A from the linear approximation calculator 121. The sum calculator 122 calculates the difference of the output of the D converter 110.
FFT 신호 처리기(130)는 클러터 신호 처리부(120)의 합 계산기(122)로부터 출력되는 신호로 FFT를 수행한다.The FFT signal processor 130 performs an FFT on the signal output from the sum calculator 122 of the clutter signal processing unit 120.
이하 본 발명에 따른 클러터 신호 제거장치의 동작을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the clutter signal removing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
먼저 A/D 컨버터(110)에서 샘플링되어 클러터 신호 처리부(120)로 입력되는 신호를 y(n)으로 표시하고, 가장 근접한 직선 라인 g(x)는 아래의 수학식 4와 같이 표현된다.First, a signal sampled by the A / D converter 110 and input to the clutter signal processor 120 is represented by y (n), and the closest straight line g (x) is expressed as Equation 4 below.
이것(g(x))은 비디오 신호에 섞여 있는 클러터 신호를 대표하게 된다. 여기에서 a, b는 직선 근사 계산기(121)에서 계산되어야 하는 값으로 다음과 같이 계산된다. 먼저 각각의 샘플 데이터가 g(x)의 직선 라인에서 떨어진 편차 xi를 아래의 수학식 5와 같이 정의한다.This g (x) represents a clutter signal mixed with the video signal. Here, a and b are values to be calculated by the linear approximation calculator 121 and are calculated as follows. First, each sample data defines the deviation x i from the straight line of g (x) as shown in Equation 5 below.
여기에서 또한 N은 비디오 신호를 적분하는 수이다.Where N is also the number that integrates the video signal.
한편, 수학식 5의 수식을 이용하여 편차의 제곱합인 R을 구하면 아래의 수학식 6과 같다.On the other hand, by using the equation of equation (5) to obtain the sum of the squares of the deviation R is expressed as Equation 6 below.
위의 R식에서 a, b는 결정되어야 하는 값으로 R을 최소가 되게 하는 값을 구한다. R을 최소가 되게 하는 값은 아래의 수학식 7에서와 같이 R을 a, b 각각에 대하여 부분 미분을 취한 후, '0'이 되는 값을 찾으므로 구해진다.In the above R expression, a and b are the values to be determined to obtain a value that minimizes R. The minimum value of R is obtained by taking partial derivatives of R for each of a and b, as shown in Equation 7 below, and finding a value of '0'.
위의 식을 풀면 아래의 수학식 8과 같이 구해진다.Solving the above equation is obtained as in Equation 8 below.
수학식 8과 같이 a, b값이 구해지면 최소 자승 개념에서 가장 근접한 직선의 방정식인 g(x)를 얻을 수 있게 되며, 직선 근사 계산기(121)는 이 결과를 출력으로 낸다. 그러면 합 계산기(122)는 직선 근사 계산기(122)의 출력과 A/D 컨버터(110)의 출력을 이용하여 아래의 수학식 9와 같이 최종 연산을 수행함으로써 비디오 신호에 섞여 있는 클러터 신호를 제거한다.As shown in Equation 8, when a and b values are obtained, g (x), which is the closest linear equation in the least square concept, is obtained, and the linear approximation calculator 121 outputs the result. Then, the sum calculator 122 removes the clutter signal mixed in the video signal by performing a final operation using the output of the linear approximation calculator 122 and the output of the A / D converter 110 as shown in Equation 9 below. do.
여기에서 g(n)은 g(x)의 x변수를 n변수로 치환한 것이다.Where g (n) is the substitution of the n variable for the x variable of g (x).
클러터 신호는 특성상 일정 수준의 직류 전압으로 나타나거나 선형적으로 증가 혹은 감소하는 전압으로 나타난다. 즉, 직선 근사 계산기(121)의 결과는 입력 비디오 신호에 혼재되어 있는 클러터 신호를 대표하는 연산결과를 출력하며, 합 계산기(122)에서 클러터 신호 성분을 제거함으로써 클러터 신호 처리부(120)는 클러터 신호 제거 동작을 수행하게 된다.The clutter signal is characterized by a constant DC voltage or a voltage that increases or decreases linearly. That is, the result of the linear approximation calculator 121 outputs an operation result representing the clutter signal mixed in the input video signal, and the clutter signal processing unit 120 by removing the clutter signal component from the sum calculator 122. The clutter signal removal operation is performed.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 클러터 신호 제거장치에 의하면, 입력 비디오 신호에 혼재되어 있는 클러터 신호를 최소 자승법에 의한 직선 근사를 출력하여 이를 이용하여 클러터 신호를 제거함으로써 도플러 신호에 대한 감쇄가 없이 표적이 저속, 중속, 고속으로 이동하는 경우에도 동일한 이득 및 탐지 확률을 가질 수 있다.As described above, according to the clutter signal removing apparatus according to the present invention, a clutter signal mixed in an input video signal is output by linear approximation by the least square method, and the clutter signal is removed using the clutter signal for the Doppler signal. Even if the target moves at low speed, medium speed, and high speed without attenuation, it may have the same gain and detection probability.
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| KR101224861B1 (en) * | 2012-07-31 | 2013-01-22 | 국방과학연구소 | Fmcw radar and near range clutter signal suppression method of the fmcw radar |
| KR101497557B1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-03-02 | 국방과학연구소 | Single-ping-clutter removing technique of active-sonar using estimation of multidimensional-feature-vector |
| KR20210111703A (en) * | 2020-03-03 | 2021-09-13 | 김병두 | Pulse integration method for providing high resolution radar image and sea surveillance radar system using the same |
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- 2000-12-01 KR KR1020000072338A patent/KR20020042966A/en not_active Application Discontinuation
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