KR20140075881A - 표적 잔상 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

표적 잔상 제거 방법이 개시된다. 레이더로부터 수신한 레이더 스캔 신호를 샘플링하고, 상기 샘플링한 레이더 스캔 신호에서 클러터를 제거하기 위한 스캔 적분하고, 상기 스캔 적분한 레이더 스캔 신호에서 물표를 탐지한 후에, 상기 탐지된 물표의 스캔 신호와 이전의 물표 스캔 신호 차의 절대치가 미리 설정된 임계 값보다 크면 물표로 결정하는 방법으로 표적 잔상을 제거할 수 있다.

Description

표적 잔상 제거 방법{METHOD FOR REMOVING TARGET TRAIL}
본 발명은 레이더를 이용한 시스템에서 레이더 영상에 나타나는 표적 잔상을 제거하기 위한 방법에 대한 것으로 더욱 상세하게는 해면 클러터를 감쇄하기 위한 작업으로 발생하는 표적 잔상 제거 방법에 관한 것이다.
항공 또는 항만 관제 시스템은 항공기 또는 선박의 안전한 운항을 위하여 레이더를 비롯한 다양한 센서를 이용하여 항공기/선박의 위치정보 및 상태정보를 수집하고, 이로부터 항공기 또는 선박의 항적 감시 및 안전한 항로로의 유도 등의 다양한 서비스를 제공하고 있다.
레이더를 이용한 항공/항만 관제시스템은 레이더 영상과 탐지된 물표에 대한 추적을 수행함으로써, 항공기 또는 선박의 정확한 위치정보를 수집하는데, 항만 관제시스템에서 사용하는 해상감시 레이더는 일정한 주기로 회전하면서 신호를 송신하고, 선박과 같은 물표, 육지 및 건물과 같은 지형, 파도와 같은 바다에 의해 반사되는 신호를 수신한다.
여기서, 수신된 레이더 반사 신호는 잡음 및 클러터(Clutter)를 감쇄하기 위하여 여러 단계의 신호처리 과정을 거쳐 레이더 영상을 생성한 후, 관제사의 운용 화면에 도시된다.
해상감시 레이더에서 주요한 오경보 중 하나는 파도와 같은 해면클러터(Sea Clutter)에 의해 발생하며, 일반적으로 스캔 적분(Scan Integration)과 같은 방법을 이용하여 해면 클러터를 감쇄한다. 하지만, 이동 표적의 경우, 스캔 적분 방법은 표적의 잔상을 발생시키며, 특히 고속 이동 표적인 경우, 표적 잔상이 별도의 표적처럼 레이더 영상에 나타나게 되는 단점이 있다.
표적 잔상을 제거하는 방법으로는 일정오경보율(Constant False Alarm Rate, CFAR) 또는 적응 임계값(Adaptive Threshold) 처리 후 물표 탐지, 스캔 적분 및 스캔 상관을 이용하여 표적 잔상을 제거하는 방법과 스캔 적분 및 스캔 상관 후, 물표 탐지 처리를 이용하는 방법들이 사용되고 있으나, 다수의 임계값 설정으로 인하여 구조가 복잡하고, 임계값 설정에 따라 측정 잡음에 의한 오류가 발생할 수 있다.
상술한 바와 같은 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 항만에 설치되는 해상감시레이더의 신호처리기에서 해면 클러터를 감쇄하기 위한 스캔 적분이 발생시키는 표적 잔상을 스캔 상관을 사용하여 제거하는 표적 잔상 제거 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 표적 잔상 제거 방법은 레이더 신호처리기의 레이더 신호 처리 방법에 있어서, 레이더로부터 수신한 레이더 스캔 신호를 샘플링하는 단계, 상기 샘플링한 레이더 스캔 신호에서 클러터를 제거하기 위한 스캔 적분하는 단계, 상기 스캔 적분한 레이더 스캔 신호에서 물표를 탐지하는 단계 및 상기 탐지된 물표의 스캔 신호와 이전의 물표 스캔 신호 차의 절대치가 미리 설정된 임계 값보다 크면 물표로 결정하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같은 표적 잔상 제거 방법에 따르면, 클러터를 제거하기 위한 스캔 적분에 의한 표적의 잔상을 스캔 상관 작업을 통한 물표 탐지 판단을 위한 단일한 임계값을 사용하여 구조를 간단화하고, 측정 잡음에 따른 오류를 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 항만관제 시스템의 레이더 운용 환경에 대한 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 운용자 화면에 도시되는 레이더 영상에 대한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 레이더 신호처리를 수행하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 스캔 상관 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 목적은 항만에 설치되는 해상 감시 레이더의 신호처리기에서 해면 클러터를 감쇄하기 위한 스캔 적분이 발생시키는 표적 잔상을 스캔 상관을 사용하여 제거하는 표적 잔상 제거 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 항만에서 레이더를 이용한 항만관제 시스템의 레이더 운용 환경에 대한 예시도이다.
해상감시 레이더(101)는 일정한 주기 예를 들어 분당 3회에서 60회로 회전하면서 마이크로파와 같은 전파 신호를 송신하고, 육지 및 건물과 같은 지형(102), 선박과 같은 탐지하고자 하는 물표(target)(103), 파도와 같은 바다(104)에 의해 반사되는 전파 신호를 수신한다.
레이더 신호처리기는 잡음, 클러터(Clutter)등을 포함하고 있는 수신된 레이더 신호를 내부 잡음 및 클러터에 대한 신호처리 과정을 거쳐 레이더 영상을 생성한 후, 운용자의 화면에 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 운용자 화면에 도시되는 레이더 영상에 대한 예를 나타낸 도면이다.
수신된 레이더 신호를 레이더 신호처리기에서 처리한 결과인 레이더 영상(200)에는 지형과 같은 고정된 물체로부터 반사된 전파를 수신한 고정되어 나타나는 영상(201), 바다의 파도와 같이 일시적으로 발생되어 불특정한 지점에 일시적으로 나타나는 바다 영상(202), 탐지 대상인 선박과 같은 물표(target)에 의한 영상(203)과 신호 처리 과정의 일부가 될 수 있는 스캔 적분에 의해 발생하는 표적 잔상(204) 등이 나타날 수 있다.
파도에 의한 바다 영상(202)은 불특정한 지점에 일시적으로 나타났다 사라지며, 통상 해면 클러터(Sea Clutter)라고 부른다.
클러터는 레이더 송신 신호에 대한 원하지 않는 반사를 일컫는 것으로 비, 구름, 지표면, 바다 및 파도에서 발생하며, 원하는 물표를 탐지하는 것을 어렵게 하는 요인이다. 특히, 해면 클러터는 지상 클러터와 달리 제거하기 힘들며, 그 이유는 지상 클러터는 고정되어 있는데 반하여 해면은 이동하고 변동하기 때문이다.
해면 클러터는 파도 내에서 움직이는 작고 느리게 움직이는 보트와 같은 물표를 탐지하기 어렵게 한다.
따라서, 해상 감시레이다의 신호처리기는 물표의 탐지 성능을 최대화하기 위하여 해면 클러터를 최소화하는 신호 처리를 수행하게 된다.
해면 클러터를 최소화하는 신호 처리의 한 방법이 스캔 적분이나, 경우에 따라서는 스캔 적분으로 원치 않는 물표의 표적 잔상(204)이 발생한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 레이더 수신부로부터 아날로그 영상 신호를 입력으로 받아 레이더 신호처리를 수행하는 과정을 나타낸 도면이다.
레이더 수신부는 방위각 리셋 펄스(Azimuth Reset Pulse, ARP), 방위각 펄스(Azimuth Count Pulse, ACP), 신호를 송신한 시점에 대한 트리거(Trigger), 아날로그 영상신호(Analog Video)를 제공(S100)하며, 레이더 신호처리기는 이들 신호를 입력으로 받아 레이더 스캔 신호에 대한 샘플링을 수행한다(S110).
여기서 제공받은 레이더 스캔 신호에는 표적에 대한 신호 외에 잡음, 클러터 같은 성분을 가지고 있을 수 있다.
여기서 방위각은 물표의 위치를 파악하기 위한 수평의 방향을 나타낸다. 또한, 트리거는 물표와의 거리를 계산하는데 사용된다.
레이더 신호처리기는 레이더 수신 잡음을 감쇄하기 위한 펄스 간의 적분(Pulse Integration)을 수행한다(S120).
펄스 간의 적분 수행은 신호대 잡음비를 향상시켜 물표의 탐지 성능을 향상 시킨다.
레이더 신호처리기는 해면 클러터를 감쇄하기 위한 스캔 적분(Scan Integration)을 수행한다(S130).
일반적으로, 해면 클러터 스파이크는 연속적인 스캔 신호에서 임의의 범위에서 발생한다. 스캔 적분(Scan Integration)은 작은 신호대잡음비를 가진 움직이지 않거나 느리기 이동하는 물표를 탐지하고, 작은 상관 시간을 갖는 원치 않는 신호, 즉 해면 클러터를 억제하는데 사용된다. 해상 감시 레이더의 스캔율은 분당 약 3회에서 60회이므로, 연속된 스캔 신호에서 동일한 위치에서의 해면 클러터에 의한 에코는 서로 상관 관계가 없으므로 스캔 적분을 이용하여 해면 클러터를 제거할 수 있다.
그러나, 높은 레이다 단면적(Radar Cross Section, RCS)을 가지고 빠르게 이동하는 물표에 대한 스캔 신호의 적분은 표적 잔상을 발생 시킬 수 있으며, 작고 빠른 물표는 스캔 신호의 적분에 의해 더 작은 신호로 감쇄되어 탐지가 어렵게 될 수 있다.
레이더 신호처리기는 표적 영상을 추출하기 위한 일정오경보율(CFAR)을 이용한 물표 탐지를 수행한다(S140).
일정오경보율(CFAR)은 클러터 배경 환경에서 임계값을 변경시키며 일정한 오경보율을 유지하면서 탐지 확률을 높이기 위한 방법으로 예를 들어, 셀 평균 일정오경보율(Cell Averaging CFAR) 방법이나 순서통계 일정오경보율(order statistic CFAR) 방법이 될 수 있다.
스캔 적분 후에 바로 물표 탐지를 수행하므로 이 단계의 물표 탐지에는 표적 잔상을 포함한 물표 탐지가 이루어질 수 있다.
레이더 신호처리기는 스캔 적분으로 발생하는 이동 표적에 대한 표적 잔상을 제거하기 위한 스캔 상관(Scan Correlation)을 수행한다(S150).
레이더 신호처리기는 단일한 임계값과 연속된 스캔 신호 값을 이용하여 표적 잔상을 제거하는 스캔 상관 작업을 수행한다.
레이더 신호처리기는 단계 S150의 스캔 상관을 통해 탐지된 물표 영상의 위치, 신호세기, 크기 등의 특성을 추출하는 물표 정보 추출(Target Extraction)를 수행한다(S160). 상기 추출된 물표 정보가 레이더 영상으로 표현된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표적 잔상 제거 방법에서 스캔 상관 방법을 나타낸 도면이다.
도 4의 스캔 상관은 도 3의 단계 S150의 세부 절차를 표시한 것이다.
레이더의 신호 처리기는 스캔 적분 후의 레이더 스캔 신호와 이전 스캔의 스캔 적분 후의 레이더 스캔 신호를 획득한다(S151).
레이더의 신호 처리기는 연속된 레이더 스캔 신호의 차의 크기를 수학식 1에 따라 계산한다(S152).
연속된 레이더 스캔 신호의 차의 크기(δ)는 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 n번째 스캔에서 i번째 방위각 및 j번째 거리 데이터에 대한 단계 S140을 수행한 후의 물표탐지영상의 신호크기를 나타낸다.
또한,
Figure pat00003
는 n-1번째 스캔에서 i번째 방위각 및 j번째 거리 데이터에 대한 단계 S140을 수행한 후의 물표탐지 영상의 신호크기를 나타낸다.
또한,
Figure pat00004
는 단계 S130의 스캔적분에 사용한 적분 영상에 대한 이득을 나타낸다.
레이더의 신호 처리기는 연속된 스캔의 차를 미리 정해진 임계값
Figure pat00005
과 비교한다(S153).
레이더의 신호 처리기는 상기 스캔 신호의 차의 절대치와 미리 정해진 임계값의 비교 결과 상기 스캔 신호의 차의 절대치가 임계값보다 크면 현재 스캔 신호를 출력으로 제공하며(S154), 스캔 신호를 물표로 결정하는 것을 의미한다.
상기 스캔 신호의 차의 절대치가 임계값보다 작으면 0으로 값을 설정하며 출력한다(S155).
연속된 스캔 신호의 차로 표현되는 수학식 1의 값 δ이 임계값 λ보다 작다는 것은
Figure pat00006
이 실제 물표의 탐지 결과로 나타난 신호가 아닌, 표적의 잔상으로 판단할 수 있다. 따라서, 표적의 잔상을 영상 출력에서 제거함으로써 운용자의 화면에서 보이지 않게 할 수 있다.
임계값 λ는 감시 레이더의 감시 영역의 상태 또는 탐지하고자 하는 물표의 특성, 예를 들어 크기, 속도 등에 따라 다르게 설정함으로써 물표 탐지 성능을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 스캔 상관 방법은 하나의 임계값을 사용함으로써, 측정 잡음으로 인한 오류 발생을 여러 임계값을 사용할 경우 보다 줄일 수 있으며, 스캔 상관을 수행하는 장치의 구조도 간단화 될 수 있다.
이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
101 : 해상 감시레이더 102 : 지형
103 : 물표 104 : 바다
200 : 레이더 영상 201 : 지형 영상
202 : 바다 영상 203 : 물표 영상
204 : 표적 잔상

Claims (1)

  1. 레이더 신호처리기의 레이더 신호 처리 방법에 있어서,
    레이더로부터 수신한 레이더 스캔 신호를 샘플링하는 단계;
    상기 샘플링한 레이더 스캔 신호에서 잡음을 감쇄하기 위한 펄스를 적분하는 단계;
    상기 샘플링한 레이더 스캔 신호에서 클러터를 제거하기 위한 스캔을 적분하는 단계;
    상기 스캔 적분한 레이더 스캔 신호에서 물표를 탐지하는 단계; 및
    상기 탐지된 물표의 스캔 신호와 이전의 물표 스캔 신호 차의 절대치가 미리 설정된 임계 값보다 크면 물표로 결정하는 단계를 포함하는 표적 잔상 제거 방법.
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