KR20180122966A - Method and apparatus for identifying flight vehicle - Google Patents

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KR20180122966A
KR20180122966A KR1020180051997A KR20180051997A KR20180122966A KR 20180122966 A KR20180122966 A KR 20180122966A KR 1020180051997 A KR1020180051997 A KR 1020180051997A KR 20180051997 A KR20180051997 A KR 20180051997A KR 20180122966 A KR20180122966 A KR 20180122966A
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김용훈
쿠마 싱 아쉬시
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(주)밀리시스
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    • G01S13/505Systems of measurement based on relative movement of target using Doppler effect for determining closest range to a target or corresponding time, e.g. miss-distance indicator

Abstract

The present invention provides a method and a device for identifying a flight vehicle, which automatically estimate a length of a wing of a flight vehicle and rotation per second (RPS) by using a micro-Doppler signature and estimate the maximum Doppler frequency and a Doppler frequency in a received radar signal, thereby identifying the flight vehicle. The method for identifying a flight vehicle comprises: a step (a) of receiving the radar signal for the flight vehicle; a step (b) of converting and filtering the radar signal; a step (c) of calculating an intermediate frequency from the filtered signal, or composing the filtered signal as a spectrum image; and a step (d) of calculating the length and a speed of the wing of the flight vehicle based on the intermediate frequency or the spectrum image.

Description

비행체 식별 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IDENTIFYING FLIGHT VEHICLE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and apparatus for identifying an aircraft,

본 발명은 비행체 식별 기술로서, 보다 상세하게는, 가변익 날개를 가지고 있는 비행체, 회전체, 예를 들어, 드론, 헬리콥터, 풍력발전회전기 등의 프로펠러 또는 날개의 형상, 크기, 개수, 회전속도 등을 자동으로 인식하는 비행체 식별 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a flying object identification technology, and more particularly, to a flying object identification technology which is capable of detecting the shape, size, number, rotation speed, and the like of a propeller or a wing of a flying body, a rotating body such as a dron, a helicopter, And more particularly, to a method and apparatus for identifying a flying object.

드론의 상업화가 급속히 확산되면서 드론 비행에 대한 안전이 핵심적인 문제로 대두되고, 이에 따라 마이크로파, 밀리미터파 레이더로 가변익 날개를 가지고 있는 무인 헬기, 드론, 풍력 발전기 등의 날개 크기, 개수, 회전 속도를 레이더 측정 자료(즉, 마이크로도플러 신호)로부터 자동 산출하여, 드론의 크기, 무게, 및 형상을 자동으로 판별하는 기술이 요구된다.As the commercialization of the drones spread rapidly, safety of the drones becomes a key issue. As a result, the size, number and rotation speed of the wing helicopter, drones, wind turbines, etc. having microwave, millimeter wave radar, Is required to be automatically calculated from radar measurement data (i.e., micro Doppler signals) to automatically determine the size, weight, and shape of the drones.

타겟의 몸체의 진동 또는 회전과 같은 마이크로 모션은 마이크로 도플러 주파수 변조(micro-Doppler frequency modulation)라고 알려진 레이다 수신 신호들에 대한 주파수 변조를 도입할 수 있다. 여기에서, 마이크로 도플러 주파수는 주요한 몸체 부분으로 인하여 도플러 주파수 주변에서 변할 수 있다. 예를 들어, 사람의 경우, 주 도플러 주파수(main-Doppler frequency)는 몸통의 움직임에 기인한다. 그러나, 마이크로 도플러 주파수는 손 및 다리의 움직임에 해당한다. 드론의 경우, 마이크로 도플러 주파수는 각 블레이드(blades) 또는 드론의 회전에 기인할 수 있다.Micro-motion, such as vibration or rotation of the body of the target, may introduce frequency modulation for radar received signals, known as micro-Doppler frequency modulation. Here, the micro Doppler frequency can vary around the Doppler frequency due to the major body portion. For example, in the case of humans, the main-Doppler frequency is due to the motion of the torso. However, the micro Doppler frequency corresponds to the movement of the hands and legs. In the case of drone, the micro Doppler frequency may be due to the rotation of each blade or drones.

최근 헬리콥터, 풍력 터빈, 등과 같은 다양한 응용분야에 대한 타겟 인식 및 분류를 위한 마이크로 도플러의 분석에 대한 많은 노력이 있어 왔다. 그러나, 많은 연구자들은 오직 시뮬레이션 기반 분석에 초점을 맞추었는바, 노이즈의 존재, 이웃 블레이드들에 의한 간섭, 블레이드 레이더 단면의 복잡성, 및 블레이드의 비이상적인 움직임으로 인한 실제 케이스 시나리오에 대하여 합리적인 결과를 제공하지 못할 수 있는 문제가 있다.Recently, much effort has been devoted to analyzing micro Doppler for target recognition and classification for various applications such as helicopters, wind turbines, and the like. However, many researchers have focused only on simulation-based analysis to provide reasonable results for real case scenarios due to the presence of noise, interference by neighboring blades, complexity of blade radar cross sections, and non-ideal behavior of the blades There is a problem that can not be done.

한국등록특허 제10-1739966호Korean Patent No. 10-1739966

본 발명의 목적은 W-대역 밀리미터파 레이더를 이용하여 측정 대상물의 날개의 크기, 개수, 회전 속도를 자동 산출하여, 드론의 크기, 무게 및 형상을 자동으로 판별하여, 대상물을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 대상물에 대한 형상 판별과 3D 영상화 하는 비행체 식별 방법 및 장치를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to automatically measure the size, number, and rotation speed of a wing of a measurement object using a W-band millimeter wave radar to automatically determine the size, weight, and shape of the dron, And to provide a method and apparatus for identifying a shape of a measurement object and imaging the 3D object.

본 발명의 목적은 마이크로 도플러 시그니처를 이용하여 비행체의 날개의 길이 및 초당 회전수(RPS)를 자동으로 추정하고, 수신한 레이다 신호에서 최대 도플러 주파수 및 도플러 주파수를 추정하여 비행체를 식별하는 비행체 식별 방법 및 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a flight object identification method for automatically estimating a flight wing length and a rotation speed per second (RPS) using a micro Doppler signature, estimating a maximum Doppler frequency and a Doppler frequency in the received radar signal, And apparatus.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 비행체 식별 방법으로서, (a) 비행체에 대한 레이다 신호를 수신하는 단계; (b) 상기 레이다 신호를 변환하고 필터링하는 단계; (c) 상기 필터링된 신호로부터 중간 주파수를 산출하거나, 또는 상기 필터링된 신호에 대한 스펙트럼 영상을 분석하는 단계; 및 (d) 상기 중간 주파수 또는 스펙트럼 영상을 기초로 상기 비행체의 날개의 속도 및 길이를 산출하는 단계를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of identifying a flying object, comprising the steps of: (a) receiving a radar signal for a flying object; (b) converting and filtering the radar signal; (c) calculating an intermediate frequency from the filtered signal or analyzing a spectral image of the filtered signal; And (d) calculating the speed and length of the wing of the air vehicle based on the intermediate frequency or spectral image.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 레이다 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 디지털 신호를 특정 대역에 대한 대역통과필터로 필터링하는 단계; 및 상기 필터링된 신호를 시간-주파수 변환하여 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (b) includes the steps of: converting the radar signal into a digital signal; Filtering the converted digital signal with a band-pass filter for a specific band; And calculating a spectrum by time-frequency-transforming the filtered signal.

바람직하게, 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 필터링된 신호로부터 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계; (c-2) 상기 필터링된 신호로부터 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하는 단계; (c-3) 상기 최대 도플러 주파수 및 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 이용하여 중간 주파수를 산출하는 단계; (c-4) 상기 중간 주파수를 이용하여 첨두 주파수를 산출하는 단계; 및 (c-5) 상기 산출된 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (c) includes the steps of: (c-1) calculating a maximum Doppler frequency from the filtered signal; (c-2) calculating a time-frequency spectral function from the filtered signal; (c-3) calculating an intermediate frequency using the maximum Doppler frequency and the time-frequency spectrum function; (c-4) calculating a peak frequency using the intermediate frequency; And (c-5) calculating an average time difference between the calculated peak frequencies.

바람직하게, 상기 (c-1) 단계는, 상기 필터링된 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계; 상기 고속 푸리에 변환된 신호로부터 첨두 엔벨로프를 산출하는 단계; 상기 첨두 엔벨로프를 미분하는 단계; 및 상기 미분된 첨두 엔벨로프를 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Advantageously, the step (c-1) includes the steps of performing FFT on the filtered signal; Calculating a peak envelope from the fast Fourier transformed signal; Differentiating the peak envelope; And calculating the maximum Doppler frequency using the finely divided peak envelope.

바람직하게, 상기 (c-2) 단계는, 상기 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하는 단계; 및 상기 단시간 푸리에 변환된 스펙트로그램을 나타내는 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (c-2) includes the steps of: performing a short-time Fourier transform on the filtered signal; And calculating a time-frequency spectral function representing the short-time Fourier transformed spectrogram.

바람직하게, 상기 (c-3) 단계는, 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수로부터 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 단계; 및 상기 파워 스펙트럼 밀도 및 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여, 특정 주파수 폭을 가지는 중간 주파수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (c-3) includes the steps of: calculating a power spectral density from the time-frequency spectral function; And calculating an intermediate frequency having a specific frequency width using the power spectral density and the maximum Doppler frequency.

바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하는 단계; 상기 초당 회전수를 기초로 상기 날개의 속도를 산출하는 단계; 및 상기 날개의 속도를 기초로 상기 날개의 길이를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (d) includes: calculating the number of revolutions per second of the wing based on an average time difference between the peak frequencies; Calculating a speed of the wing based on the number of rotations per second; And calculating the length of the wing based on the speed of the wing.

바람직하게, 상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하여 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하는 단계; (c-2) 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 기초로 스펙트럼 영상을 구성하는 단계; (c-3) 상기 스펙트럼 영상을 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계; (c-4) 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 신호를 필터링하고 평탄화하는 단계; 및 (c-5) 상기 평탄화된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주주파수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (c) includes the steps of: (c-1) short-time Fourier transforming the filtered signal to calculate a time-frequency spectrum function; (c-2) constructing a spectral image based on the time-frequency spectral function; (c-3) calculating a maximum Doppler frequency using the spectral image; (c-4) filtering and flattening the signal based on the maximum Doppler frequency; And (c-5) calculating a main frequency by FFT-transforming the flattened signal.

바람직하게, 상기 (c-3) 단계는, 상기 스펙트럼 영상으로부터 시간-주파수의 에지를 산출하는 단계; 상기 산출된 에지 중 최대 주파수값을 가지는 에지값으로부터 첨두 주파수를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 에지 중 최대 주파수값을 가지는 에지값을 모두 합산하여 상기 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (c-3) includes the steps of: calculating a time-frequency edge from the spectral image; Calculating a peak frequency from an edge value having a maximum frequency value among the calculated edges; And calculating the maximum Doppler frequency by summing all the edge values having the maximum frequency value among the calculated edges.

바람직하게, 상기 (d) 단계는, 상기 주주파수 및 상기 비행체의 날개의 개수를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하는 단계; 및 상기 초당 회전수 및 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 날개의 길이를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Preferably, the step (d) includes: calculating the number of revolutions per second of the wing based on the main frequency and the number of wings of the air vehicle; And calculating the length of the vane based on the number of revolutions per second and the maximum Doppler frequency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면은, 비행체에 대한 레이다 신호를 수신하는 레이다 신호 수신부; 상기 레이다 신호를 변환하고 필터링하는 레이다 신호 변환부; 상기 필터링된 신호로부터 중간 주파수를 산출하거나, 또는 상기 필터링된 신호에 대한 스펙트럼 영상을 분석하는 신호 처리부; 및 상기 중간 주파수 또는 스펙트럼 영상을 기초로 상기 비행체의 날개의 속도 및 길이를 산출하는 비행체 식별부를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a radar system including: a radar signal receiving unit for receiving a radar signal for a vehicle; A radar signal converting unit for converting and filtering the radar signal; A signal processing unit for calculating an intermediate frequency from the filtered signal or analyzing a spectral image of the filtered signal; And a flight identification unit for calculating a speed and a length of the wing of the airplane based on the intermediate frequency or spectral image.

바람직하게, 상기 신호 처리부는, 중간 주파수 산출 모듈을 더 포함하되, 상기 중간 주파수 산출 모듈은, 상기 필터링된 신호로부터 최대 도플러 주파수를 산출하고, 상기 필터링된 신호로부터 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하고, 상기 최대 도플러 주파수 및 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 이용하여 중간 주파수를 산출하고, 상기 중간 주파수를 이용하여 첨두 주파수를 산출하고, 상기 산출된 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 산출할 수 있다.Preferably, the signal processing unit further comprises an intermediate frequency calculating module, wherein the intermediate frequency calculating module calculates a maximum Doppler frequency from the filtered signal, calculates a time-frequency spectral function from the filtered signal, The intermediate frequency may be calculated using the maximum Doppler frequency and the time-frequency spectrum function, the peak frequency may be calculated using the intermediate frequency, and the average time difference between the calculated peak frequencies may be calculated.

바람직하게, 상기 비행체 식별부는, 상기 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하고, 상기 초당 회전수를 기초로 상기 날개의 속도를 산출하고, 상기 속도를 기초로 상기 날개의 길이를 산출할 수 있다.Preferably, the airplane identification unit may calculate the number of revolutions per second of the wing based on the average time difference between the peak frequencies, calculate the speed of the wing based on the number of revolutions per second, Can be calculated.

바람직하게, 상기 신호 처리부는, 스펙트럼 영상 분석 모듈을 더 포함하되, 상기 스펙트럼 영상 분석 모듈은, 상기 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하여 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하고, 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 기초로 스펙트럼 영상을 구성하고, 상기 스펙트럼 영상을 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하고, 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 신호를 필터링하고 평탄화하고, 상기 평탄화된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주주파수를 산출할 수 있다.Preferably, the signal processing unit further includes a spectral image analysis module, wherein the spectral image analysis module calculates a time-frequency spectrum function by performing a short-time Fourier transform on the filtered signal, The maximum Doppler frequency is calculated using the spectrum image, the signal is filtered and planarized on the basis of the maximum Doppler frequency, and the main frequency can be calculated by fast Fourier transforming the flattened signal have.

바람직하게, 상기 비행체 식별부는, 상기 주주파수 및 상기 비행체의 날개의 개수를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하고, 상기 초당 회전수 및 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 날개의 길이를 산출할 수 있다.Preferably, the flying object identification unit calculates the number of revolutions per second of the wing based on the main frequency and the number of wings of the air vehicle, and calculates the length of the wing based on the number of revolutions per second and the maximum Doppler frequency .

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 무인 가변익 비행체, 드론 등에 대한 안전운행감시 시스템으로 활용될 수 있고, 풍력 발전기, 터빈 등과 같이 회전날개의 회전속도를 직접 측정할 수 없는 경우 비접촉 원격 방법으로 측정이 가능하고, 정상작동 여부에 대한 고장진단 시스템으로 활용될 수 있으며, 기타 모든 회전익 물체에 대한 감시 및 진단 장치로 활용될 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it can be utilized as a safe operation monitoring system for an unmanned variable flying vehicle, a drone, and the like. When the rotational speed of a rotary vane can not be directly measured, such as a wind turbine or a turbine, And it can be used as a fault diagnosis system for normal operation or not, and can be used as a monitoring and diagnosis device for all other rotating blade objects.

도 1 및 2는 도플러 주파수와 날개의 회전간의 관계를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비행체 식별 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비행체 식별 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 비행체 식별 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 내지 도 10은 도 5에 도시된 비행체 식별 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 비행체 식별 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12 및 13은 도 11에 도시된 비행체 식별 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
1 and 2 are diagrams for explaining the relationship between the Doppler frequency and the rotation of the wing.
3 is a block diagram illustrating an aircraft identification apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of identifying a flying object according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating an air vehicle identification method according to an embodiment.
FIGS. 6 to 10 are diagrams for explaining the air vehicle identification method shown in FIG. 5. FIG.
11 is a flowchart illustrating a method of identifying a flying object according to another embodiment.
12 and 13 are diagrams for explaining the air vehicle identification method shown in FIG.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. &Quot; and / or " include each and every combination of one or more of the mentioned items.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (e.g., a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, the identification code does not describe the order of each step, Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each step may occur in the same order as described, may be performed substantially concurrently, or may be performed in reverse order.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

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.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도플러 주파수에 대하여, 상대적인 시선 속도(radial velocity)로 인한 주파수의 변환 또는 시프트(shift)는 아래와 같은 [식 1]로 주어진다.For a Doppler frequency, the conversion or shift of the frequency due to the relative radial velocity is given by Equation 1 below.

[식 1]

Figure pat00001
[Formula 1]
Figure pat00001

여기에서,

Figure pat00002
는 도플러 주파수이고,
Figure pat00003
는 송신된 신호의 파장이고,
Figure pat00004
는 타겟의 상대속도이고,
Figure pat00005
는 신호의 입사각이다. From here,
Figure pat00002
Is the Doppler frequency,
Figure pat00003
Is the wavelength of the transmitted signal,
Figure pat00004
Is the relative velocity of the target,
Figure pat00005
Is the incident angle of the signal.

도플러 효과(Doppler effect)는 도 1에 도시된 바와 같이 수신된 레이다 신호의 주기적인 변조를 야기한다. 날개 Pi(i=1, 2, …, 5)의 위치들은 수신된 신호의 해당 도플러 주파수들과 관련될 수 있다. 예를 들어, 회전하는 두개의 날개 로터(rotor)와 세개의 날개 로터의 마이크로 도플러 시그니처(signiture)에 대한 시뮬레이션 결과는 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2로부터 로터 팁(tip)의 속도는 날개 길이 및 초당 회전수(RPS)와 직접 관련됨을 알 수 있다. 회전하는 날개들에 대한 정보는 마이크로 도플러 시그니처들을 분석하여 획득될 수 있고, 수신된 레이다 신호의 마이크로 도플러 시그니처, 즉, 스펙트로그램(spectrogram)으로부터 최대 도플러 주파수 및 피크(peak)의 위치들은 산출하여 회전하는 날개의 초당 회전수 및 날개가 추정될 수 있다. 이를 기초로, 이하에서는, 본 발명에 따른 비행체 식별 방법 및 장치에 대하여 설명한다.The Doppler effect causes periodic modulation of the received radar signal as shown in FIG. The positions of the wings Pi (i = 1, 2, ..., 5) may be associated with corresponding Doppler frequencies of the received signal. For example, simulation results for the microdoppler signatures of two rotor rotors and three rotor rotors are as shown in FIG. From Figure 2 it can be seen that the speed of the rotor tip is directly related to blade length and revolutions per second (RPS). The information about the rotating wings can be obtained by analyzing the micro Doppler signatures and the position of the maximum Doppler frequency and peak from the micro Doppler signature of the received radar signal, i.e., a spectrogram, The number of revolutions per second of the wing and the wing can be estimated. Hereinafter, a method and apparatus for identifying a flying object according to the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비행체 식별 장치를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating an aircraft identification apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 비행체 식별 장치(100)는 레이다 신호 수신부(110), 레이다 신호 변환부(120), 신호 처리부(130), 비행체 식별부(140), 및 제어부(150)를 포함한다. 여기에서, 제어부(150)는 레이다 신호 수신부(110), 레이다 신호 변환부(120), 신호 처리부(130), 및 비행체 식별부(140)의 동작 및 데이터의 흐름을 제어한다. 이하에서는, 도 4를 참조하여, 비행체 식별 장치(100)에서 수행되는 비행체 식별 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.3, the object identifying apparatus 100 includes a radar signal receiving unit 110, a radar signal converting unit 120, a signal processing unit 130, a flying object identifying unit 140, and a controller 150. The control unit 150 controls the operations of the radar signal receiving unit 110, the radar signal converting unit 120, the signal processing unit 130, and the flying object identifying unit 140 and the flow of data. Hereinafter, referring to FIG. 4, a method of identifying a flying object performed by the flying object identifying apparatus 100 will be described in detail.

도 4를 참조하면, 레이다 신호 수신부(110)는 비행체에 대한 레이다 신호를 수신한다(단계 S410). 바람직하게, 수신되는 레이다 신호는 기저대역(base band) 신호에 해당한다. Referring to FIG. 4, the radar signal receiving unit 110 receives a radar signal for the air vehicle (step S410). Preferably, the received radar signal corresponds to a baseband signal.

레이다 신호 변환부(120)는 레이다 신호를 변환하고 필터링 한다(단계 S420). 바람직하게, 레이다 신호 변환부(120)는 아날로그-디지털 컨버터(Analog digital converter)로 레이다 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호에서 DC 신호와 고주파 신호를 제거하기 위해 최대 도플러 주파수보다 높은 주파수에 해당하는 대역통과필터를 이용하여 필터링을 수행한다. The radar signal converting unit 120 converts and filters the radar signal (step S420). Preferably, the radar signal converter 120 converts the radar signal into a digital signal by an analog-digital converter and outputs the radar signal to a frequency higher than the maximum Doppler frequency to remove the DC signal and the high- Filtering is performed using a band-pass filter.

레이다 신호 변환부(120)는 필터링된 신호를 시간-주파수 변환하여 스펙트럼을 산출한다. 바람직하게, 디지털 신호로 변환된 후 시간-주파수 변환된 스펙트럼은 아래의 [식 2]와 같이 나타낼 수 있고, 대역통과필터로 필터링된 신호는 아래의 [식 3]과 같이 나타낼 수 있다.The radar signal converting unit 120 time-frequency-converts the filtered signal to calculate a spectrum. Preferably, the time-frequency-converted spectrum after being converted into the digital signal can be expressed by the following [Equation 2], and the signal filtered by the band-pass filter can be expressed as [Equation 3] below.

[식 2]

Figure pat00006
[Formula 2]
Figure pat00006

여기에서,

Figure pat00007
은 레이다 신호, n은 시간 인덱스, N은 FFT 크기, k는 주파수 인덱스,
Figure pat00008
는 윈도우(window) 함수에 해당한다.From here,
Figure pat00007
N is a time index, N is an FFT size, k is a frequency index,
Figure pat00008
Corresponds to a window function.

[식 3]

Figure pat00009
[Formula 3]
Figure pat00009

여기에서, N은 데이터 샘플 길이(length of data sample)에 해당한다.Here, N corresponds to a length of data sample.

신호 처리부(130)는 필터링된 신호로부터 중간 주파수를 산출하거나, 또는 필터링된 신호를 스펙트럼 영상으로 구성한다(단계 S430). 비행체 식별부(140)는 중간 주파수 또는 스펙트럼 영상을 기초로 비행체의 날개의 속도 및 길이를 산출한다(단계 S440).The signal processing unit 130 calculates an intermediate frequency from the filtered signal or configures the filtered signal into a spectral image (step S430). The flying object identification unit 140 calculates the velocity and length of the wing of the air vehicle on the basis of the intermediate frequency or spectral image (step S440).

바람직하게, 신호 처리부(130)는 중간 주파수 산출 모듈 및 스펙트럼 영상 분석 모듈을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 중간 주파수 산출 모듈은 필터링된 신호로부터 중간 주파수를 산출하여 비행체 식별부(140)로부터 산출된 중간 주파수를 기초로 비행체의 날개의 속도 및 길이가 산출되도록 하며, 이에 대하여는 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 다른 실시예에서, 스펙트럼 영상 분석 모듈은 필터링된 신호를 스펙트럼 영상으로 구성하여 비행체 식별부(140)로부터 스펙트럼 영상을 기초로 비행체의 날개의 속도 및 길이가 산출되도록 하며, 이에 대하여는 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한다.Preferably, the signal processing unit 130 may further include an intermediate frequency calculation module and a spectrum image analysis module. In one embodiment, the intermediate frequency calculation module calculates the intermediate frequency from the filtered signal, and calculates the speed and length of the wing of the airplane based on the intermediate frequency calculated from the airplane identification unit 140, Will be described with reference to FIG. In another embodiment, the spectral image analysis module constructs a spectral image of the filtered signal so that the velocity and length of the wing of the air vehicle are calculated based on the spectral image from the air body identification unit 140, .

먼저, 중간 주파수를 기초로 비행체를 식별하는 방법에 대하여 설명한다.First, a method of identifying a vehicle based on the intermediate frequency will be described.

도 5를 참조하면, 중간 주파수 산출 모듈은 필터링된 신호로부터 최대 도플러 주파수를 산출한다(단계 S431-1). 보다 구체적으로, 중간 주파수 산출 모듈은 필터링된 신호를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transformation; FFT)하여 주파수-전력의 스펙트럼을 산출하고, 고속 푸리에 변환된 신호, 즉, 스펙트럼 신호에서 첨두 엔벨로프(envelop)를 산출한다. 여기에서, 첨두 엔벨로프는 스펙트럼 신호에서 피크(peak)에 해당하는 첨두치 값의 엔벨로프(envelope)에 해당한다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 실제 레이다 측정 데이터를 이용하여 스펙트럼 및 첨두 엔벨로프 산출 결과로서, 도 6에서 파란색으로 표시된 그래프가 스펙트럼을 나타내고 노란색 점선으로 표시된 그래프가 첨두 엔벨로프를 나타낸다.Referring to FIG. 5, the intermediate frequency calculation module calculates a maximum Doppler frequency from the filtered signal (step S431-1). More specifically, the intermediate frequency calculation module calculates a frequency-power spectrum by performing Fast Fourier Transform (FFT) on the filtered signal, and calculates a peak envelope in a fast Fourier transformed signal, that is, a spectrum signal . Here, the peak envelope corresponds to the envelope of the peak value corresponding to the peak in the spectral signal. For example, referring to FIG. 6, as a result of spectral and peak envelope calculation using actual radar measurement data, the graph shown in blue in FIG. 6 shows the spectrum and the graph in yellow dotted line shows the peak envelope.

그 다음, 중간 주파수 산출 모듈은 첨두 엔벨로프를 미분한다. 엔벨로프의 미분계수(derivative)는 반사된 신호 및 잡음 플로어(noise floor)의 전력 레벨에 큰 차이가 있는 주파수 위치를 추정하는데 사용되고, 미분계수의 최소값들(minima)은 엔벨로프의 가장 가파른 음의 기울기의 위치를 제공한다. 산출되는 최대 도플러 주파수의 정확도는 수신된 레이다 신호의 신호대잡음비(SNR) 및 스펙트럼의 스파이크(spikes)에 따라 달라지므로, 본 발명에서는 중간값 필터를 사용하여 스펙트럼의 엔벨로프를 결정하는 동안 스파이크를 제거하는 것이다.The intermediate frequency calculation module then differentiates the peak envelope. The derivative of the envelope is used to estimate the frequency location where there is a large difference in the power level of the reflected signal and the noise floor and the minima of the differential coefficient are used to determine the most steep negative slope of the envelope Location. Since the accuracy of the calculated maximum Doppler frequency is dependent on the signal-to-noise ratio (SNR) of the received radar signal and the spikes of the spectrum, the present invention uses a median filter to remove spikes while determining the envelope of the spectrum will be.

바람직하게, 중간 주파수 산출 모듈은 [식 3]으로부터 첨두 엔벨로프(peak envelope)(

Figure pat00010
)를 산출하고, 미분(
Figure pat00011
)하면, 아래의 [식 4]와 같이 나타낼 수 있다.Preferably, the intermediate frequency calculation module derives a peak envelope (eq.
Figure pat00010
), And the differential (
Figure pat00011
), It can be expressed as [Equation 4] below.

[식 4]

Figure pat00012
[Formula 4]
Figure pat00012

중간 주파수 산출 모듈은 미분된 첨두 엔벨로프를 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출할 수 있고, 예를 들어, 실제 레이다 측정 데이터를 기초로 첨두 엔벨로프를 미분하여 산출된 최대 도플러 주파수는 도 7과 같이 나타날 수 있다. 바람직하게, 최대 도플러 주파수(

Figure pat00013
)는 [식 4]로부터 아래의 [식 5]와 같이 산출될 수 있다.The intermediate frequency calculation module can calculate the maximum Doppler frequency using the differentiated peak envelope and the maximum Doppler frequency calculated by differentiating the peak envelope based on the actual radar measurement data, for example, as shown in FIG. 7 . Preferably, the maximum Doppler frequency (
Figure pat00013
) Can be calculated from [Equation 4] as Equation 5 below.

[식 5]

Figure pat00014
[Formula 5]
Figure pat00014

중간 주파수 산출 모듈은 단계 S410에서 필터링된 신호로부터 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출한다(단계 S432-1). 보다 구체적으로, 중간 주파수 산출 모듈은 단계 S410에서 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환(Short-Time Fourier Transform; STFT)하고, 단시간 푸리에 변환된 스펙트로그램(spectrogram)을 나타내는 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출한다. 입사 광선이 블레이드(blade), 즉 날개에 수직일 때 회전하는 날개의 팁(tip)(도 13 참조)은 최대 속도를 가지므로, 최대 도플러 시프트(shift)는 날개의 길이에 해당하게 된다. 고속으로 회전하는 날개들은 비행체의 메인 바디(예를 들어, 프레임)보다 더 큰 도플러 시프트를 가지므로 비행체의 움직임으로 인한 도플러 시프트는 무시될 수 있고, 따라서 본 발명은 단시간 푸리에 변환을 사용하여 레이다 신호의 마이크로 도플러 시그니쳐, 즉, 스펙트로그램을 나타내는 것이다. 예를 들어, 실제 레이다 측정 데이터를 기초로 산출된 스펙트로그램은 도 8과 같이 나타낼 수 있다.The intermediate frequency calculation module calculates a time-frequency spectrum function from the filtered signal in step S410 (step S432-1). More specifically, the intermediate frequency calculation module performs a short-time Fourier transform (STFT) on the filtered signal in step S410 and calculates a time-frequency spectrum function representing a short-time Fourier transformed spectrogram. The maximum Doppler shift corresponds to the length of the wing since the tip of the wing that rotates when the incident light is perpendicular to the blade, i.e. the wing, has a maximum velocity. Since the wings rotating at high speed have a Doppler shift that is larger than the main body (for example, frame) of the flying body, the Doppler shift due to the movement of the flying body can be ignored, That is, a spectrogram. For example, the spectrogram calculated on the basis of the actual radar measurement data can be represented as shown in FIG.

바람직하게, 단계 S410에서 수신된 레이다 신호(

Figure pat00015
)는 단시간 푸리에 변환을 이용하여 시간(n)-주파수(k)로 아래의 [식 6]과 같이 표현될 수 있다.Preferably, the radar signal received in step < RTI ID = 0.0 > S410 &
Figure pat00015
) Can be expressed by the following equation (6) at time (n) -frequency (k) using the short-time Fourier transform.

[식 6]

Figure pat00016
[Formula 6]
Figure pat00016

여기에서,

Figure pat00017
은 길이 M의 윈도우(window) 함수, K는 샘플링 포인트의 수를 나타낸다.From here,
Figure pat00017
Is a window function of length M, and K is the number of sampling points.

중간 주파수 산출 모듈은 최대 도플러 주파수 및 시간-주파수 스펙트럼 함수를 이용하여 중간 주파수를 산출한다(단계 S433-1). 보다 구체적으로, 중간 주파수 산출 모듈은 시간-주파수 스펙트럼 함수로부터 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectral density; PSD)를 산출한다. 바람직하게, 파워 스펙트럼 밀도는 [식 6]으로부터 아래의 [식 7]과 같이 산출될 수 있다.The intermediate frequency calculation module calculates the intermediate frequency using the maximum Doppler frequency and the time-frequency spectrum function (step S433-1). More specifically, the intermediate frequency calculation module calculates the power spectral density (PSD) from the time-frequency spectrum function. Preferably, the power spectral density can be calculated from Equation (6) as Equation (7) below.

[식 7]

Figure pat00018
[Equation 7]
Figure pat00018

여기에서,

Figure pat00019
는 샘플링 주파수, N은 전체 샘플 개수를 나타낸다.From here,
Figure pat00019
Is the sampling frequency, and N is the total number of samples.

중간 주파수 산출 모듈은 파워 스펙트럼 밀도 및 최대 도플러 주파수를 이용하여, 특정 주파수 폭을 가지는 중간 주파수를 산출한다. 보다 구체적으로, 중간 주파수 산출 모듈은 스펙트럼 형상으로부터 중간 주파수(media frequency)(

Figure pat00020
)를 산출하며, 최대 도플러 주파수(
Figure pat00021
)를 중심으로
Figure pat00022
부터
Figure pat00023
구간에서 주파수폭은
Figure pat00024
로 아래의 [식 8]을 만족하도록 중간 주파수가 산출된다. 여기에서, 중간 주파수는 시간 함수이며, 다수개의 첨두(peak)를 가지는 마이크로 도플러 주파수 신호를 포함하고 있다.The intermediate frequency calculation module calculates an intermediate frequency having a specific frequency width, using the power spectral density and the maximum Doppler frequency. More specifically, the intermediate frequency calculation module calculates the intermediate frequency from the spectrum shape to the intermediate frequency (media frequency)
Figure pat00020
), And calculates the maximum Doppler frequency (
Figure pat00021
Centering on
Figure pat00022
from
Figure pat00023
In the interval,
Figure pat00024
The intermediate frequency is calculated so as to satisfy [Expression 8] below. Here, the intermediate frequency is a time function and includes a micro Doppler frequency signal having a plurality of peaks.

[식 8]

Figure pat00025
[Equation 8]
Figure pat00025

중간 주파수 산출 모듈은 중간 주파수를 이용하여 첨두 주파수를 산출한다(단계 S434-1). 여기에서, 첨두(peaks) 주파수는 레이다 신호의 마이크로 도플러 시그니처에 존재하는 주기적인 마이크로 도플러 주파수들의 국부적인 최대값에 해당하는 것으로서 첨두 주파수(

Figure pat00026
)는 도플러 주파수의 주기와 연관되고, 바람직하게, 아래의 [식 9]와 같이 산출될 수 있다.The intermediate frequency calculation module calculates the peak frequency using the intermediate frequency (step S434-1). Here, the peaks frequency corresponds to the local maximum value of the periodic micro Doppler frequencies present in the micro Doppler signature of the radar signal,
Figure pat00026
) Is related to the period of the Doppler frequency, and can be calculated as shown in the following Equation (9).

[식 9]

Figure pat00027
[Equation 9]
Figure pat00027

여기에서,

Figure pat00028
은 첨두 신호 추출을 위한 윈도우(window) 함수이다.From here,
Figure pat00028
Is a window function for peak signal extraction.

중간 주파수 산출 모듈은 산출된 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 산출한다(단계 S435-1). 첨두 주파수들은 최대 도플러 주파수와 동일하지 않고, 각 윈도우(window)는 오직 하나의 첨두 주파수를 가지므로 첨두 주파수의 전체 개수는 윈도우 M의 개수와 동일하다. 윈도우 사이즈는 비행체의 유형(예를 들어, 2개의 날개 또는 3개의 날개) 및 로터의 회전 속도에 의존하고, 각 첨두 주파수들에 해당하는 시간은 날개의 회전에 대한 정보를 제공하므로, 바람직하게, 비행체의 날개가 회전시 발생하는 두개의 첨두 주파수 간의 시간차 주기(

Figure pat00029
)는 아래의 [식 10]과 같이 산출될 수 있고, 시간차 주기에 대한 평균 시간차(
Figure pat00030
)는 아래의 [식 11]과 같이 산출될 수 있다.The intermediate frequency calculation module calculates an average time difference between the calculated peak frequencies (step S435-1). Since the peak frequencies are not equal to the maximum Doppler frequency and each window has only one peak frequency, the total number of peak frequencies is equal to the number of windows M. The window size depends on the type of aircraft (e.g., two wings or three wings) and the rotational speed of the rotor, and the time corresponding to each peak frequency provides information about the rotation of the wing, The time difference period between the two peak frequencies generated when the flight wing rotates
Figure pat00029
) Can be calculated as shown in the following [Equation 10], and the average time difference (
Figure pat00030
) Can be calculated as the following Equation (11).

[식 10]

Figure pat00031
[Equation 10]
Figure pat00031

[식 11]

Figure pat00032
[Equation 11]
Figure pat00032

비행체 식별부(140)은 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 기초로 날개의 초당 회전수를 산출한다(단계 S441-1). 예를 들어, 도 9를 참조하면, 실제 레이다 측정 데이터를 이용하여 산출된 스팩트로그램으로서 중간 주파수, 첨두 주파수, 첨두 주파수 주기, 및 첨두 주파수 평균 주기의 산출 결과를 나타낸다. 도 9에서 실선으로 표시된 그래프가 중간 주파수를 나타내고, 마름모로 표시된 지점이 첨두 주파수(peaks)를 나타내고, Tdiff로 표시된 구간이 첨두 주파수 주기를 나타낸다.The flying object identifying unit 140 calculates the number of revolutions per second of the wing based on the average time difference between the peak frequencies (step S441-1). For example, referring to FIG. 9, calculation results of an intermediate frequency, a peak frequency, a peak frequency period, and a peak frequency average period are shown as spectrocograms calculated using actual radar measurement data. In FIG. 9, the solid line indicates the intermediate frequency, the rhombus indicates the peak frequency, and T diff indicates the peak frequency period.

바람직하게, 날개의 초당 회전수(Rotation Per Second; RPS)(

Figure pat00033
)는 아래의 [식 12]와 같이 산출될 수 있다.Preferably, the rotation speed per second (RPS) of the wing (
Figure pat00033
) Can be calculated as shown in [Equation 12] below.

[식 12]

Figure pat00034
[Equation 12]
Figure pat00034

비행체 식별부(140)는 초당 회전수를 기초로 날개의 속도를 산출한다(단계 S442-1). 바람직하게, 날개의 속도(tip velocity)(

Figure pat00035
)은 아래의 [식 13]과 같이 산출될 수 있고, [식 13]은 최대 도플러 주파수(
Figure pat00036
)에 대하여 [식 14]와 같이 표현될 수 있다.The flying object identifying unit 140 calculates the speed of the wing based on the number of rotations per second (step S442-1). Preferably, the tip velocity (
Figure pat00035
) Can be calculated as [Expression 13], and [Expression 13] can be calculated as the maximum Doppler frequency
Figure pat00036
) Can be expressed as [Equation 14].

[식 13]

Figure pat00037
[Formula 13]
Figure pat00037

[식 14]

Figure pat00038
[Equation 14]
Figure pat00038

여기에서,

Figure pat00039
는 송신 신호의 파장을 나타낸다.From here,
Figure pat00039
Represents the wavelength of the transmission signal.

비행체 식별부(140)는 날개의 속도를 기초로 날개의 길이를 산출한다(단계 S443-1). 바람직하게, 날개의 길이는 [식 13] 및 [식 14]를 이용하여, 아래의 [식 15]와 같이 산출될 수 있다.The flying object identification unit 140 calculates the length of the wing based on the speed of the wing (step S443-1). Preferably, the length of the wing can be calculated by the following equation (15) using [Expression 13] and [Expression 14].

[식 15]

Figure pat00040
[Formula 15]
Figure pat00040

예를 들어, 도 10을 참조하면, 본 발명에 따라 측정된 결과를 나타낸 것으로서, 드론의 날개에 대하여 측정된 길이(Calculated Length)와 실제 길이(Actual Length)간의 오차율(Error) 및 측정된 초당 회전수(Calculated RPS)를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 본 발명에 따라 측정된 날개의 길이의 정확도는 96% 이상임을 알 수 있다.For example, referring to FIG. 10, there are shown measured results according to the present invention, wherein the error rate (Error) between the measured length and the actual length of the drone's wings and the measured rotation per second Calculated RPS. Referring to FIG. 10, it can be seen that the accuracy of the length of the blades measured according to the present invention is 96% or more.

다음으로, 스펙트럼 영상을 기초로 비행체를 식별하는 방법에 대하여 설명한다.Next, a method of identifying the air vehicle based on the spectral image will be described.

도 11을 참조하면, 스펙트럼 영상 분석 모듈은 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하여 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출한다(단계 S431-2). 바람직하게, 레이다 신호(

Figure pat00041
)의 단시간 푸리에 변환된 시간(n)-주파수(k) 스펙트럼 함수는 아래의 [식 16]과 같이 표현될 수 있다.Referring to FIG. 11, the spectral image analysis module calculates a time-frequency spectrum function by short-time Fourier transforming the filtered signal (step S431-2). Preferably, the radar signal (
Figure pat00041
(N) -frequency (k) spectrum function of the short-time Fourier transformed time (n) can be expressed as [Equation 16] below.

[식 16]

Figure pat00042
[Formula 16]
Figure pat00042

여기에서,

Figure pat00043
은 길이 M의 윈도우(window) 함수, K는 샘플링 개수에 해당한다.From here,
Figure pat00043
Is a window function of length M, and K is the number of samples.

스펙트럼 영상 분석 모듈은 시간-주파수 스펙트럼 함수를 기초로 스펙트럼 영상을 구성한다(단계 S432-2). 바람직하게, 스펙트럼 영상 분석 모듈은 [식 16]과 같이 표현되는 스펙트로그램(

Figure pat00044
)을 스펙트럼 영상으로 출력할 수 있고, 여기에서, 스펙트럼 영상은 시간-주파수의 영상으로서, 예를 들어, 도 12에 도시된 Gray scale image와 같이 출력될 수 있다.The spectral image analysis module constructs a spectral image based on the time-frequency spectral function (step S432-2). Preferably, the spectral image analysis module comprises a spectrogram (expressed as < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00044
) As a spectral image, wherein the spectral image can be output as a time-frequency image, for example, a gray scale image shown in FIG.

스펙트럼 영상 분석 모듈은 스펙트럼 영상을 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출한다(단계 S433-2). 보다 구체적으로, 영상 분석 모듈은 스펙트럼 영상으로부터 시간-주파수의 에지(edge)를 산출하고, 예를 들어, 도 12의 Edge detection에 도시된 바와 같이 에지가 산출될 수 있다.The spectral image analysis module calculates the maximum Doppler frequency using the spectral image (step S433-2). More specifically, the image analysis module calculates a time-frequency edge from the spectral image, and an edge can be calculated, for example, as shown in Edge detection in FIG.

영상 분석 모듈은 산출된 에지 중 최대 주파수값을 가지는 에지값으로부터 첨두 주파수를 산출하고, 최대 주파수값을 가지는 에지값을 모두 합산하여 아래의 [식 17]과 같이 최대 도플러 주파수를 산출한다.The image analysis module calculates the peak frequency from the edge value having the maximum frequency value among the calculated edges, and calculates the maximum Doppler frequency by summing all the edge values having the maximum frequency value as shown in [Equation 17] below.

[식 17]

Figure pat00045
[Formula 17]
Figure pat00045

여기에서,

Figure pat00046
는 주파수 계열(frequency series),
Figure pat00047
는 최대 주파수 포인트(maximum frequency points),
Figure pat00048
는 시간축에서 픽셀(pixel)의 개수,
Figure pat00049
는 주파수 축에서 픽셀의 개수에 해당한다. 예를 들어, 최대 주파수 포인트는 도 12의 Maximum frequency points에 도시된 바와 같다.From here,
Figure pat00046
Is a frequency series,
Figure pat00047
Is the maximum frequency points,
Figure pat00048
The number of pixels in the time axis,
Figure pat00049
Corresponds to the number of pixels in the frequency axis. For example, the maximum frequency point is as shown in the Maximum frequency points in FIG.

스펙트럼 영상 분석 모듈은 최대 도플러 주파수를 기초로 신호를 필터링하고 평탄화하고(단계 S434-2), 예를 들어, 도 12의 Frequency index에 도시된 바와 같이 필터링 될 수 있다.The spectral image analysis module filters and flattens the signal based on the maximum Doppler frequency (step S434-2) and may be filtered, for example, as shown in the frequency index of FIG.

스펙트럼 영상 분석 모듈은 평탄화된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주주파수를 산출하고(단계 S435-2), 예를 들어, 주주파수(Dominant frequency)(

Figure pat00050
)의 산출 결과는 도 12의 Dominant frequency에 도시된 바와 같다.The spectral image analysis module performs a fast Fourier transform on the flattened signal to calculate a main frequency (step S435-2), for example, a dominant frequency (
Figure pat00050
) Are as shown in the dominant frequency in Fig.

비행체 식별부(140)는 주주파수 및 비행체의 날개의 개수를 기초로 날개의 초당 회전수를 산출한다(단계 S441-2). 바람직하게, 날개의 초당 회전수는 아래의 [식 18]과 같이 산출될 수 있고, 예를 들어, 비행체가 도 13에 도시된 바와 같이 2개의 날개를 가지는 경우에는, 아래의 [식 18]에서

Figure pat00051
로 하여 날개의 초당 회전수가 산출될 수 있다.The flying object identification unit 140 calculates the number of revolutions per second of the wing based on the number of wings of the main frequency and the flying object (step S441-2). Preferably, the number of revolutions per second of the wing can be calculated as in the following [Eq. 18]. For example, when the air vehicle has two wings as shown in Fig. 13,
Figure pat00051
The number of revolutions per second of the wing can be calculated.

[식 18]

Figure pat00052
[Formula 18]
Figure pat00052

여기에서, BN은 블레이드(blade)의 날개 개수에 해당한다.Here, BN corresponds to the blade number of the blade.

비행체 식별부(140)는 초당 회전수 및 최대 도플러 주파수를 기초로 날개의 길이를 산출한다(단계 S442-2). 바람직하게, 날개의 길이는 아래의 [식 19]와 같이 산출될 수 있다.The flying object identifying unit 140 calculates the length of the wing based on the rotation speed per second and the maximum Doppler frequency (step S442-2). Preferably, the length of the wing can be calculated as: " (19) "

[도 19]

Figure pat00053
19]
Figure pat00053

여기에서,

Figure pat00054
는 송신 주파수 파장에 해당한다.From here,
Figure pat00054
Corresponds to the transmission frequency wavelength.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 비행체 식별 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.Meanwhile, the air vehicle identification method according to an embodiment of the present invention can also be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.

예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있다.For example, the computer-readable recording medium includes a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, a removable storage device, a nonvolatile memory, , And optical data storage devices.

또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.In addition, the computer readable recording medium may be distributed and executed in a computer system connected to a computer communication network, and may be stored and executed as a code readable in a distributed manner.

전술한 본 발명에 따른 비행체 식별 방법 및 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although the preferred embodiments of the method and apparatus for identifying a flying object according to the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made within the scope of the claims, And this also belongs to the present invention.

100: 비행체 식별 장치
110: 레이다 신호 수신부
120: 레이다 신호 변환부
130: 신호 처리부
140: 비행체 식별부
150: 제어부
100: Flight identification device
110: Radar signal receiver
120: Radar signal conversion unit
130: Signal processor
140:
150:

Claims (16)

(a) 비행체에 대한 레이다 신호를 수신하는 단계;
(b) 상기 레이다 신호를 변환하고 필터링하는 단계;
(c) 상기 필터링된 신호로부터 중간 주파수를 산출하거나, 또는 상기 필터링된 신호에 대한 스펙트럼 영상을 분석하는 단계; 및
(d) 상기 중간 주파수 또는 스펙트럼 영상을 기초로 상기 비행체의 날개의 속도 및 길이를 산출하는 단계를 포함하는 비행체 식별 방법.
(a) receiving a radar signal for a vehicle;
(b) converting and filtering the radar signal;
(c) calculating an intermediate frequency from the filtered signal or analyzing a spectral image of the filtered signal; And
(d) calculating the speed and length of the wing of the airplane based on the intermediate frequency or spectral image.
제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
상기 레이다 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 변환된 디지털 신호를 특정 대역에 대한 대역통과필터로 필터링하는 단계; 및
상기 필터링된 신호를 시간-주파수 변환하여 스펙트럼을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
The method of claim 1, wherein the step (b)
Converting the radar signal into a digital signal;
Filtering the converted digital signal with a band-pass filter for a specific band; And
And calculating a spectrum by time-frequency-transforming the filtered signal.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
(c-1) 상기 필터링된 신호로부터 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계;
(c-2) 상기 필터링된 신호로부터 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하는 단계;
(c-3) 상기 최대 도플러 주파수 및 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 이용하여 중간 주파수를 산출하는 단계;
(c-4) 상기 중간 주파수를 이용하여 첨두 주파수를 산출하는 단계; 및
(c-5) 상기 산출된 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
The method of claim 1, wherein the step (c)
(c-1) calculating a maximum Doppler frequency from the filtered signal;
(c-2) calculating a time-frequency spectral function from the filtered signal;
(c-3) calculating an intermediate frequency using the maximum Doppler frequency and the time-frequency spectrum function;
(c-4) calculating a peak frequency using the intermediate frequency; And
(c-5) calculating an average time difference between the calculated peak frequencies.
제3항에 있어서, 상기 (c-1) 단계는,
상기 필터링된 신호를 고속 푸리에 변환하는 단계;
상기 고속 푸리에 변환된 신호로부터 첨두 엔벨로프를 산출하는 단계;
상기 첨두 엔벨로프를 미분하는 단계; 및
상기 미분된 첨두 엔벨로프를 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
4. The method of claim 3, wherein the step (c-1)
Performing fast Fourier transform on the filtered signal;
Calculating a peak envelope from the fast Fourier transformed signal;
Differentiating the peak envelope; And
And calculating the maximum Doppler frequency using the differentiated peak envelope.
제3항에 있어서, 상기 (c-2) 단계는,
상기 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하는 단계; 및
상기 단시간 푸리에 변환된 스펙트로그램을 나타내는 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
4. The method of claim 3, wherein the step (c-2)
Short-time Fourier transforming the filtered signal; And
Calculating a time-frequency spectral function representing the short-time Fourier transformed spectrogram.
제3항에 있어서, 상기 (c-3) 단계는,
상기 시간-주파수 스펙트럼 함수로부터 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 단계; 및
상기 파워 스펙트럼 밀도 및 상기 최대 도플러 주파수를 이용하여, 특정 주파수 폭을 가지는 중간 주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
4. The method of claim 3, wherein the step (c-3)
Calculating a power spectral density from the time-frequency spectral function; And
And calculating an intermediate frequency having a specific frequency width using the power spectral density and the maximum Doppler frequency.
제3항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
상기 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하는 단계;
상기 초당 회전수를 기초로 상기 날개의 속도를 산출하는 단계; 및
상기 날개의 속도를 기초로 상기 날개의 길이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
4. The method of claim 3, wherein step (d)
Calculating a number of revolutions per second of the wing based on an average time difference between the peak frequencies;
Calculating a speed of the wing based on the number of rotations per second; And
And calculating the length of the wing based on the speed of the wing.
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
(c-1) 상기 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하여 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하는 단계;
(c-2) 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 기초로 스펙트럼 영상을 구성하는 단계;
(c-3) 상기 스펙트럼 영상을 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계;
(c-4) 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 신호를 필터링하고 평탄화하는 단계; 및
(c-5) 상기 평탄화된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
The method of claim 1, wherein the step (c)
(c-1) calculating a time-frequency spectrum function by short-time Fourier transforming the filtered signal;
(c-2) constructing a spectral image based on the time-frequency spectral function;
(c-3) calculating a maximum Doppler frequency using the spectral image;
(c-4) filtering and flattening the signal based on the maximum Doppler frequency; And
(c-5) calculating a main frequency by performing a fast Fourier transform on the flattened signal.
제8항에 있어서, 상기 (c-3) 단계는,
상기 스펙트럼 영상으로부터 시간-주파수의 에지를 산출하는 단계;
상기 산출된 에지 중 최대 주파수값을 가지는 에지값으로부터 첨두 주파수를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 에지 중 최대 주파수값을 가지는 에지값을 모두 합산하여 상기 최대 도플러 주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
9. The method of claim 8, wherein the step (c-3)
Calculating an edge of time-frequency from the spectral image;
Calculating a peak frequency from an edge value having a maximum frequency value among the calculated edges; And
And calculating the maximum Doppler frequency by summing all the edge values having the maximum frequency value among the calculated edges.
제8항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
상기 주주파수 및 상기 비행체의 날개의 개수를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하는 단계; 및
상기 초당 회전수 및 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 날개의 길이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 방법.
9. The method of claim 8, wherein step (d)
Calculating a number of revolutions per second of the wing based on the main frequency and the number of wings of the air vehicle; And
And calculating the length of the wing based on the number of rotations per second and the maximum Doppler frequency.
비행체에 대한 레이다 신호를 수신하는 레이다 신호 수신부;
상기 레이다 신호를 변환하고 필터링하는 레이다 신호 변환부;
상기 필터링된 신호로부터 중간 주파수를 산출하거나, 또는 상기 필터링된 신호에 대한 스펙트럼 영상을 분석하는 신호 처리부; 및
상기 중간 주파수 또는 스펙트럼 영상을 기초로 상기 비행체의 날개의 속도 및 길이를 산출하는 비행체 식별부를 포함하는 비행체 식별 장치.
A radar signal receiving unit for receiving a radar signal for the air vehicle;
A radar signal converting unit for converting and filtering the radar signal;
A signal processing unit for calculating an intermediate frequency from the filtered signal or analyzing a spectral image of the filtered signal; And
And a flying object identification unit for calculating a velocity and a length of the wing of the object based on the intermediate frequency or the spectral image.
제11항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
중간 주파수 산출 모듈을 더 포함하되,
상기 중간 주파수 산출 모듈은, 상기 필터링된 신호로부터 최대 도플러 주파수를 산출하고, 상기 필터링된 신호로부터 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하고, 상기 최대 도플러 주파수 및 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 이용하여 중간 주파수를 산출하고, 상기 중간 주파수를 이용하여 첨두 주파수를 산출하고, 상기 산출된 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 산출하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 장치.
The signal processing apparatus according to claim 11,
Further comprising an intermediate frequency calculation module,
The intermediate frequency calculation module calculates a maximum Doppler frequency from the filtered signal, calculates a time-frequency spectral function from the filtered signal, and calculates an intermediate frequency using the maximum Doppler frequency and the time- Calculates a peak frequency using the intermediate frequency, and calculates an average time difference between the calculated peak frequencies.
제12항에 있어서, 상기 비행체 식별부는,
상기 첨두 주파수간의 평균 시간차이를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하고, 상기 초당 회전수를 기초로 상기 날개의 속도를 산출하고, 상기 속도를 기초로 상기 날개의 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 장치.
13. The airbag device according to claim 12,
Calculating the number of revolutions per second of the wing based on the average time difference between the peak frequencies, calculating the speed of the wing based on the number of revolutions per second, and calculating the length of the wing based on the speed. Aircraft identification device.
제11항에 있어서, 상기 신호 처리부는,
스펙트럼 영상 분석 모듈을 더 포함하되,
상기 스펙트럼 영상 분석 모듈은, 상기 필터링된 신호를 단시간 푸리에 변환하여 시간-주파수 스펙트럼 함수를 산출하고, 상기 시간-주파수 스펙트럼 함수를 기초로 스펙트럼 영상을 구성하고, 상기 스펙트럼 영상을 이용하여 최대 도플러 주파수를 산출하고, 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 신호를 필터링하고 평탄화하고, 상기 평탄화된 신호를 고속 푸리에 변환하여 주주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 장치.
The signal processing apparatus according to claim 11,
Further comprising a spectral image analysis module,
The spectral image analysis module calculates a time-frequency spectrum function by short-time Fourier transforming the filtered signal, forms a spectrum image based on the time-frequency spectrum function, and calculates a maximum Doppler frequency using the spectrum image Wherein the signal is filtered and planarized on the basis of the maximum Doppler frequency, and the main frequency is calculated by performing a fast Fourier transform on the flattened signal.
제14항에 있어서, 상기 비행체 식별부는,
상기 주주파수 및 상기 비행체의 날개의 개수를 기초로 상기 날개의 초당 회전수를 산출하고, 상기 초당 회전수 및 상기 최대 도플러 주파수를 기초로 상기 날개의 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 비행체 식별 장치.
15. The airbag device according to claim 14,
Calculates the number of revolutions per second of the wing based on the main frequency and the number of wings of the airplane, and calculates the length of the wing based on the number of revolutions per second and the maximum Doppler frequency.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터로 실행시킬 수 있는 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a computer program for executing the method according to any one of claims 1 to 10.
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