KR20200112153A - 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법을 개시한다. 즉, 본 발명은 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원함으로써, 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있다.

Description

무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법{Apparatus for processing signal of multi-mode radar for detecting unmanned aerial vehicle and method thereof}
본 발명은 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있도록 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
레이더 시스템은 전자기파 신호를 송신한 후 표적에 반사된 신호를 검출함으로써 표적과의 거리, 속도를 측정하는 방식으로, 주야 및 날씨 등의 환경에 거의 영향을 받지 않기 때문에 라이다, 카메라, 초음파, 적외선 센서 등의 센서에 비해 큰 장점을 지니고 있다. 이에 최근 레이더 기술은 항공기, 선박 등의 방산분야뿐만 아니라 드론, 자동차 및 의료 등에 응용되어 다양한 연구가 이루어지고 있다.
레이더의 전송 파형은 크게 PD(pulse doppler) 레이더와 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더로 구분되며, 전송 파형에 따라 시스템 동작 방식이 다르다. PD 레이더는 일정한 펄스를 송신하는 방식으로 수신된 펄스 신호로부터 표적의 정보를 산출한다. FMCW 레이더는 주파수 변조된 신호를 연속적으로 송수신하여 송신 신호와 수신 신호의 차이인 비트 신호를 이용하여 표적의 정보를 얻는 방식이다. PD 레이더 방식은 높은 첨두(peak) 송신 전력으로 장거리 표적 검출이 가능한 장점이 있지만, 펄스를 송신하는 동안에는 수신할 수 없어 근거리 표적 검출에는 어려움을 겪는다. 반면, FMCW 레이더 방식은 연속적으로 송수신이 이루어지므로 블라인드 레인지(blind range)가 존재하지 않으며, PD 레이더에 비해 높은 해상도를 가져 단거리 표적 검출에 유리하지만, 제한된 송신 전력으로 인해 장거리 물체 검출에는 한계를 갖는다. FMCW 레이더는 전송 파형에 따라 상향 첩(up chirp)과 하향 첩(down chirp)을 모두 사용하는 삼각파형 방식과 상향 첩 혹은 하향 첩 중 하나만 사용하여 전송하는 톱니파형 방식이 있다. 삼각파형 방식의 FMCW 레이더는 상향 첩과 하향 첩의 비트 주파수 조합을 통해 저복잡도 연산으로 표적과의 거리와 속도를 구할 수 있지만, 다수의 표적이 존재하는 경우 무수히 많은 비트 주파수 조합이 발생하게 되어 실제 표적과 거짓 표적을 구별하기 어려운 문제점을 갖는다. 반면, 톱니파형 방식의 FMCW 레이더는 톱니파의 기울기를 크게 하여 여러 첩 신호를 연속적으로 전송하고 고속 첩열(fast-chirp train) 방식을 사용하며, 이는 검출된 비트 주파수가 곧 표적과의 거리에 대응되어 다중 표적 검출이 용이한 특징이 있어 삼각파형 FMCW 레이더에 비해 많은 응용에 사용되고 있다.
특히, 교통, 물류, 건설 및 항공촬영 등 다양한 분야에서 운용되고 있는 무인기는 여러 환경 속에 노출되어 있기 때문에, 무인기의 안전한 운용을 위해서는 사전에 이를 탐지해 위치정보를 제공할 필요가 있다.
한국등록특허 제10-1295061호 [제목: FMCW 레이더 신호처리모듈 및 그의 메모리 관리 방법]
본 발명의 목적은 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있도록 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치는 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부; 상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 전처리부; 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서; 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서; 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스; 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 메모리 컨트롤러; 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스; 및 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하고, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 후처리부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 전처리부는, 표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 임시 저장하는 버퍼; 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 DC 제거부; 및 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 FFT 프로세서는, 다음의 수학식에 의해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하며,
Figure pat00001
, 상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 I-FFT 프로세서는, 다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
Figure pat00002
, 상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 I-FFT 프로세서는, 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하며,
Figure pat00003
, 상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출하는 MTI 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출하는 I-MTI 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는, 복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 도플러 FFT 프로세서는, 한 PRI(pulse repetition interval)의 거리 빈(range bin)의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하고, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
Figure pat00004
, 상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 후처리부는, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 CFAR 및 첨두 검출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 CFAR 및 첨두 검출부는, 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 CFAR 알고리즘은, CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법은 ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계; 전처리부에 의해, 상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계; FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계; I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계; 제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계; 메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계; 제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계; 후처리부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계; 및 상기 후처리부에 의해, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계는, 표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 과정; 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 과정; 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 과정; 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 과정; 및 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계는, 다음의 수학식에 의해 산출되며,
Figure pat00005
, 상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계, 다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
Figure pat00006
, 상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계는, 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하는 과정; 및 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하는 과정을 더 포함하며,
Figure pat00007
, 상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 움직이는 표적과의 거리는, 상기 후처리부에 포함된 MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 고정된 표적과의 거리는, 상기 후처리부에 포함된 I-MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는, 복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 움직이는 표적의 속도는, 상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 움직이는 표적의 속도는, 상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하는 과정; 상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하는 과정; 및 상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
Figure pat00008
, 상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타낼 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 실제 표적인지 여부를 판별하는 단계는, 상기 후처리부에 포함된 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 과정; 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 과정; 및 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서 상기 CFAR 알고리즘은, CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치는 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부; 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하고, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 DC 제거부; 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부; 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서; 상기 FFT에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서; 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스; 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 순차적으로 저장하도록 2D 메모리부를 제어하는 메모리 컨트롤러; 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스; 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 MTI 프로세서; 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 I-MTI 프로세서; 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서; 및 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 CFAR 및 첨두 검출부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법은 ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계; DC 제거부에 의해, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 단계; 상기 DC 제거부에 의해, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 단계; 상기 DC 제거부에 의해, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 단계; 해밍 윈도부에 의해, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 단계; FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계; I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계; 제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계; 메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계; 제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계; MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 단계; I-MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 단계; 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계; CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 단계; 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원함으로써, 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유함으로써, 전체 시스템 운용 효율을 향상시키고, 저복잡도로 설계를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PD 레이더의 송수신 신호의 예를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 FFT 프로세서의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 CFAR 및 첨두 검출부의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등속도로 이동하는 표적들이 다중모드 레이더 신호 처리 장치에 의해 탐지된 거리-속도 맵을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치에 대한 FPGA 플랫폼 기반 검증 환경의 예를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 ADC부(100), 전처리부(200), FFT 프로세서(300), 참조 룩업테이블(400), I-FFT 프로세서(500), 제 1 먹스(600), 2D 메모리부(700), 메모리 컨트롤러(800), 제 2 먹스(900) 및 후처리부(1000)로 구성된다. 도 1에 도시된 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)가 구현될 수도 있다.
상기 ADC부(Analog-Digital Converter)(100)는 수신부(미도시)를 통해 수신된 수신 신호에 대해 표본화(또는 샘플링) 기능을 수행하여, 상기 수신 신호에 대한 표본화된(또는 샘플링된) 비트 주파수 신호를 출력한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 위상정합처리구간(CPI: coherent processing interval) 동안 송신 신호(또는 레이더 신호)는 일정한 주기(PRI: pulse repetition interval)로 안테나(미도시)를 통해 짧은 펄스(τ)가 전송(또는 방사)되고, 표적으로부터 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)는 최대 탐지 거리 기준에 따라 다음 펄스 송신 전까지 상기 수신부를 통해 수신되며, 상기 ADC부(100)는 상기 수신된 수신 신호에 대해서 표본화 기능을 수행하여, 표본화된 비트 주파수 신호를 출력한다.
상기 전처리부(preprocessing unit)(200)는 상기 수신 신호에 포함된 표적의 검출 성능을 높이기 위해서 상기 ADC부(100)의 출력인 표본화된 비트 주파수 신호(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)에 대한 전처리 기능을 수행한다.
또한, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전처리부(200)는 DC 제거부(210), 버퍼(220) 및 해밍 윈도부(230)로 구성된다.
상기 DC 제거부(DC Removal)(210)는 표적에 의해 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)의 DC 오프셋(offset)을 제거하기 위해서, 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력인 상기 표본화된 비트 주파수 신호)를 버퍼(220)에 임시 저장한다.
또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장된 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터에 대해서 평균을 산출한다.
즉, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장되는 데이터의 개수가 상기 미리 설정된 개수(또는 미리 설정된 한 첩)가 되면 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출한다.
또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 미리 설정된 개수의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터)와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력한다.
이와 같이, 상기 DC 제거부(210)는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터와 한 첩에 대한 평균값의 차이를 계산하여 출력하는 것으로, 상기 DC 제거부(210)의 입력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)는 한 첩 개수 크기의 상기 버퍼(220)에 저장한 뒤, 평균을 산출하고, 상기 입력 데이터와 상기 평균 간의 뺄셈 연산을 수행하여, 그 차이값을 출력한다.
상기 버퍼(220)는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터를 상기 미리 설정된 개수 단위(또는 첩 단위)로 저장한다.
예를 들어, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼(220)는 24×1024 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 해밍 윈도부(Hamming Window)(230)는 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호(side lobe signal)의 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치(또는 미리 설정된 위치별 파라미터)와 상기 산출된 복수의 차이값(또는 상기 DC 제거부(210)로부터 출력되는 복수의 차이값) 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 출력한다.
즉, 상기 해밍 윈도부(230)는 상기 DC 제거부(210)에 의해 DC 오프셋이 제거된 한 첩의 신호에 대해 미리 설정된 해밍 윈도 파라미터와 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값/상기 전처리 기능 수행에 따른 출력값)으로 출력한다.
상기 FFT 프로세서(Fast Fourier Transform Processor)(300)는 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값)을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보(또는 FMCW 레이더의 출력 결과)를 산출한다.
즉, 상기 FFT 프로세서(300)는 다음의 [수학식 1]을 이용하여 상기 주파수 영역에서 곱셈연산을 통해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출한다.
Figure pat00009
여기서, 상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낸다.
또한, 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값은 FMCW 거리 정보를 선택적으로 출력하는 상기 제 1 먹스(600)의 입력과 펄스 압축 기법을 위한 상기 I-FFT 프로세서(500)의 입력으로 각각 제공(또는 분리)된다. 이때, 상기 FMCW 거리 정보는 상기 FMCW 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 FFT 프로세서(300)의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.
FFT의 알고리즘에는 radix-2와 radix-4 알고리즘이 일반적으로 사용되고 있으며, radix-4는 radix-2보다 수율 측면에서 우수하지만 상대적으로 버터플라이 연산의 구조가 복잡해지기 때문에 높은 radix 알고리즘의 복잡도를 줄이기 위해서 radix-22와 radix-23 알고리즘이 제안되었다. 상기 radix-22 알고리즘은 radix-2 알고리즘과 동일한 버터플라이 연산 구조를 가지고 radix-4와 같은 수의 복소수 승산을 가진다. 상기 radix-23 알고리즘은 3개의 radix-2 버터플라이 연산자를 이용하여 비단순 승산을 단순 승산으로 구현해 상기 radix-22 알고리즘보다 복소수 승산을 줄일 수 있다.
또한, 상기 FFT 프로세서(300)의 하드웨어 구조로는 복잡도와 수율의 교환 관계를 적절히 만족시키는 파이프라인 방식이 주로 사용되며, 상기 FFT 프로세서(300)의 파이프라인 구조는 크게 SDF(Single-path Delay Feedback)와 MDC(Multi-path Delay Commutator) 구조로 구성된다.
특히, 상기 SDF 파이프라인 구조는 단일 경로에서 복잡도가 가장 큰 비단순 승산을 최소화하는 특징으로 인해 널리 사용되고 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)에서 사용되는 상기 FFT 프로세서(300), 상기 IFFT 프로세서(500) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 모두 동일한 SDF 파이프라인 구조로 설계할 수 있다.
상기 참조 룩업테이블(Reference LookUp Table)(400)은 상기 안테나를 통해 송신(또는 방사)되는 송신 신호를 저장한다. 이때, 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장되는 송신 신호는 주파수 영역에서 시간 영역으로 변환된 신호 정보일 수 있다.
상기 I-FFT 프로세서(Inverse-Fast Fourier Transform Processor)(500)는 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값과 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장된 송신 데이터(또는 송신 신호 정보)를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과(또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값/PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보/PD 거리 정보)를 출력한다.
즉, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 PD 레이더에서 거리 해상도가 향상된 표적과의 거리 정보를 얻기 위해 펄스 압축 기법(pulse compression method)을 수행해야 한다. 이때, 상기 펄스 압축 기법은 다음의 [수학식 2]에서의 콘볼루션 기반의 연산으로, 곱셈 연산을 펄스 크기만큼 모든 거리 빈(range bin)에 대해 적용한 뒤, 덧셈 연산을 수행하기 때문에 상당한 연산량을 가지게 된다. 상기 I-FFT 프로세서(500)는 이 연산량을 줄이기 위하여 시간 영역에서의 콘볼루션 연산이 주파수 영역에서의 곱셈 연산과 동일한 특징을 이용해서, 다음의 [수학식 3]과 같이, 상기 FFT 프로세서(300)로부터 주파수 영역에서 곱셈 연산을 한 후, 다시 시간 영역으로 되돌려서 사용하는 방식을 이용한다.
Figure pat00010
여기서, 상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 미리 설정된 개수(예를 들어 1024)에 대응하는 인덱스(index)를 나타낸다.
Figure pat00011
이와 같이, 펄스 압축 기법을 상기 [수학식 3]과 같은 연산으로 수행하게 되면, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수신된 신호(또는 상기 수신 신호)에 대한 상기 FFT 프로세서(300)를 FMCW 레이더의 레인지 FFT(range FFT) 프로세서와 서로 공유해서 사용할 수 있어 복잡도를 줄일 수 있다.
또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 레벨값(또는 인덱스)에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출한다.
또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 다음의 [수학식 4]에 의해 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 산출한다.
Figure pat00012
여기서, 상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타낸다.
상기 제 1 먹스(MUX)(600)는 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 및 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 입력값으로 전달(또는 수신)받는다.
또한, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 선택한다.
또한, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 선택된 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 제 1 출력값(또는 상기 제 1 먹스(600)의 출력값)으로 출력한다.
이때, 상기 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 1]에 의해 산출된 상태이며, 상기 PD 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 4]에 의해 산출된 상태일 수 있다.
상기 2D 메모리부(700)는 미리 설정된 개수(또는 미리 설정된 첩)(예를 들어 1024개)에 대응하는 매트릭스 형태로 구성한다.
예를 들어, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 2D 메모리부(700)는 N×M 형태의 구조로 형성할 수 있다. 여기서, 상기 N과 상기 M은 자연수일 수 있다.
또한, 상기 2D 메모리부(700)는 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값(예를 들어 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 I-FFT 프로세서(500)의 출력값)을 순차적으로 저장한다. 이때, 상기 2D 메모리부(700)의 가로축은 PRI에 대응하며, 세로축은 펄스 수에 대응할 수 있다.
상기 메모리 컨트롤러(Memory Controller)(800)는 상기 2D 메모리부(700)에 저장되는 데이터의 저장 위치, 상기 2D 메모리부(700)에 저장된 데이터 중에서 불러올 데이터(또는 읽을 데이터) 등을 관리한다.
즉, 상기 메모리 컨트롤러(800)는 상기 2D 메모리부(700)에 저장되는 데이터에 대한 읽기 기능 및/또는 쓰기 기능에 대한 관리 기능을 수행한다.
상기 제 2 먹스(900)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 2D 메모리부(700)에 순차 저장된 데이터(또는 출력값) 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값(또는 상기 제 2 먹스(900)의 출력값)으로 출력한다.
상기 후처리부(Post Processing)(1000)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 산출한다.
또한, 상기 후처리부(1000)는 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 출력한다.
또한, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 후처리부(1000)는 MTI 프로세서(1010), I-MTI 프로세서(1020), 도플러 FFT 프로세서(1030) 및 CFAR 및 첨두 검출부(1040)로 구성된다.
상기 MTI 프로세서(moving target indicator processor)(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 움직이는 표적과의 거리를 산출한다.
즉, 상기 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거(또는 필터링)하여 움직이는 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.
상기 I-MTI 프로세서(inverse-moving target indicator processor)(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리를 산출한다.
즉, 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.
이때, 상기 MTI 프로세서(1010)와 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 복잡도를 줄이기 위해서 재귀(recursive) 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출한다.
상기 도플러 FFT 프로세서(Doppler FFT Processor)(1030)는 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출한다.
또한, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 도플러 주파수 성분을 구하는 신호 처리 방식인 도플러 필터링(doppler filtering)을 이용하며, 상기 도플러 주파수 성분은 CPI 동안 표적으로부터 반사되어 수신된 신호가 존재하는 동일한 거리 빈들의 데이터의 위상 성분으로 표현되므로, FFT 연산을 통해 도플러 주파수를 산출한다.
즉, 상기 도플러 주파수는 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적한 후, 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 통해 구할 수 있으며, 거리빈 개수 * 펄스 개수의 2D 메모리가 요구된다.
또한, 도플러 성분을 구하고 나면, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 다음의 [수학식 5]를 이용해서 중심 주파수(f0)와 도플러 주파수(fd)로부터 움직이는 표적의 속도(V)를 산출할 수 있다.
Figure pat00013
이와 같이, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 PD 레이더와 동일하게 각 첩의 FFT 프로세싱 결과의 동일 인덱스에 대한 FFT 프로세싱을 수행하여 상기 도플러 주파수 성분을 구하고, FMCW 레이더도 한 첩의 FFT 포인트 수에 해당하는 메모리가 송신한 첩 개수만큼 필요하기 때문에 2D 메모리를 사용해야 표적의 도플러 성분 획득이 가능하다.
상기 CFAR 및 첨두 검출부(CFAR & Peak Detection)(1040)는 최종 표적 여부를 판단하기 위해서, 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘(constant false alarm rate algorithm)을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값(threshold)을 산출한다. 이때, 상기 CFAR 알고리즘은 CA CFAR(cell averaging CFAR) 알고리즘, SO CFAR(smallest of CFAR) 알고리즘, GO CFAR(greatest of CFAR) 알고리즘 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하여, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 큰 경우, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov, 거리), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다.
또한, 상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 작거나 같은 경우, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 오류 정보를 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)의 하드웨어 구조의 예를 나타낸 도이다.
상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 테스트 셀(test cell: T)을 중심으로 주변의 참조 셀(reference cell)의 평균값을 이용하여 문턱값 레벨을 설정해, 상기 테스트 셀과 상기 문턱값을 비교하는 방식이다. 여기서, 가운데 중심에 있는 레지스터(register)를 테스트 셀이라 하며, 좌우 각각의 레지스터는 가드 셀(guard cell: G)로써, 상기 FFT 프로세서(300) 이후 표적의 첨두 값(peak value)에 대한 인덱스를 기준으로 좌우 값들은 첨두 값과 유사한 크기로, 문턱값을 구할 때 평균에서 제외한다. 또한, 나머지 좌우 각각의 레지스터들은 참조 셀로써, 평균으로부터 문턱값을 구하기 위해 사용된다.
또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 평균 연산 이후, 상기 문턱값의 크기 조정을 위해서 시프트 및 가산(shift & adder) 연산을 수행하여 최종 문턱값을 결정한다.
또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 테스트 셀을 상기 문턱값과 비교하여, 상기 테스트 셀이 상기 문턱값보다 큰 경우에만 표적이라 판단하여 해당 인덱스를 저장하고, 해당 인덱스와 관련하여 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov, 거리), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다.
본 발명의 실시예에서는 단일 표적 위주로 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 다중 표적에 대해서도 적용할 수 있다.
최근 무인기는 군수 분야를 넘어 민간 분야에 적용되어 다양한 환경 속에서 운용되고 있다. 상기 PD 레이더는 장거리에 위치한 표적 검출에 용이한 장점이 있으며, 상기 FMCW 레이더는 단거리에 위치한 표적 검출에 적합한 특성을 지니고 있으며, 여러 환경에서 운용되고 있는 무인기의 탐지 성능을 높이기 위해, 상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 PD 레이더 파형과 FMCW 레이더 파형을, 그리고 각 레이더의 신호처리 방식을 모두 지원할 수 있도록 구성(예를 들어 MATLAB)하였다.
[표 1]은 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 파라미터의 예를 나타낸다.
파라미터 FMCW PD
Center frequency(GHz) 24
Bandwidth(MHz) 250 64
Sampling Frequency(MHz) 16 256
△R(m) 0.6 2.34
Rmax(m) 154 600
즉, 24GHz 대역에서 PD 레이더는 64MHz의 대역폭, 256MHz의 샘플링 주파수를 사용하였으며, 이에 따라 거리 해상도는 2.34m, 최대 탐지거리는 600m로 지정하였다.
반면, FMCW 레이더는 24GHZ 대역에서 250MHz의 대역폭, 16MHz의 샘플링 주파수를 사용하였으며, 이에 따라 거리 해상도는 0.6m, 최대 탐지거리는 154m로 지정하였다.
상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 PD 레이더와 FMCW 레이더의 최대 탐지 거리를 기준으로 동작모드가 결정이 된다.
즉, FMCW 레이더의 최대 탐지 거리인 154m를 기준으로 표적이 154m 이상 ~ PD 레이더의 최대 탐지 거리인 600m 이하에 위치했을 경우 PD 레이더가 동작을 하며, 표적의 위치가 154m 이내에 있을 경우 FMCW 레이더가 동작하여 표적을 탐지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 등속도로 이동하는 표적들이 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)에 의해 탐지된 거리-속도 맵을 나타낸 도이다.
상기 도 5에 도시된 타깃 1(target 1)은 레이더로부터 200m의 위치에서 40m/s의 속도로 이동하는 상황을 가정하였고, 타깃 2는 170m의 위치에서 15m/s의 속도로 이동하는 상황을 가정하였고, 타깃 3은 80m의 위치에서 -10m/s의 속도로 이동하는 상황을 가정하였다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 거리-속도 맵으로부터 탐지된 타깃 1과 타깃 2는 레이더로부터 154m 이상에 위치하므로 PD 레이더에 의해 측정된 반면, 154m 이내에 있는 타깃 3은 FMCW 레이더에 의해 측정됨을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)에 대한 FPGA(Field Programmable Gate Array) 플랫폼 기반 검증 환경의 예를 나타낸 도이다.
즉, 상기 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 verilog-HDL을 이용하여 RTL(register-transfer level) 설계 후, Altera Cyclone-IV FPGA 디바이스를 사용해서 설계 및 구현 검증하였다.
[표 2]는 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)의 Cyclone IV FPGA 기반의 구현 결과를 나타낸다.
Blocks Logic elements Register Memory(bits)
DC Removal 103 72 24,576
Hamming Window 2,039 49 0
FFT 4,947 2,618 0
IFFT 4,947 2,618 0
Doppler FFT 4,947 2,618 0
CFAR 2,640 1,784 0
2D Memory 0 0 25,165,824
Top Block 19,623 9,759 25,190,400
상기 [표 2]에 나타낸 바와 같이, 합성 결과, 19.623개의 로직 엘리먼트, 9,759개의 레지스터 및 25,190,400개의 메모리로 구현되는 것을 확인하였다.
[표 3]은 기존의 PD 레이더 신호처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호처리 프로세서를 동일한 디바이스를 사용하여 설계하였을 때 구현된 결과를 나타내고 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 다중모드 레이더 신호 처리 장치(10)는 기존의 PD 레이더 신호처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호처리 프로세서를 합한 로직 엘리먼트와 레지스터에 비해 각각 약 43%와 39%가 감소함을 확인하였다.
Logic elements Register Memory(bits)
FMCW+PD RSP Processor 34,299 19,623 50,380,800
Multi-mode RSP processor 19,623 9,759 25,190,400
이와 같이, 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원할 수 있다.
또한, 이와 같이, PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법을 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, ADC부(100)는 수신부(미도시)를 통해 수신된 수신 신호에 대해 표본화(또는 샘플링) 기능을 수행하여, 상기 수신 신호에 대한 표본화된(또는 샘플링된) 비트 주파수 신호를 출력한다.
즉, 위상정합처리구간(CPI) 동안 송신 신호(또는 레이더 신호)는 일정한 주기(PRI)로 안테나(미도시)를 통해 짧은 펄스가 전송(또는 방사)되고, 표적으로부터 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)는 최대 탐지 거리 기준에 따라 다음 펄스 송신 전까지 상기 수신부를 통해 수신되며, 상기 ADC부(100)는 상기 수신된 수신 신호에 대해서 표본화 기능을 수행하여, 표본화된 비트 주파수 신호를 출력한다.
일 예로, 상기 ADC부(100)는 상기 수신부를 통해 수신되는 표적으로부터 반사된 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여, 복수의 표본화된 비트 주파수 신호를 출력한다(S710).
이후, 전처리부(200)는 상기 수신 신호에 포함된 표적의 검출 성능을 높이기 위해서 상기 ADC부(100)의 출력인 표본화된 비트 주파수 신호(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)에 대한 전처리 기능을 수행한다.
즉, 상기 전처리부(200)에 포함된 DC 제거부(210)는 표적에 의해 반사된 신호(또는 상기 수신 신호)의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력인 상기 표본화된 비트 주파수 신호)를 버퍼(220)에 임시 저장한다.
또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장된 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터에 대해서 평균을 산출한다.
즉, 상기 DC 제거부(210)는 상기 버퍼(220)에 임시 저장되는 데이터의 개수가 상기 미리 설정된 개수(또는 미리 설정된 한 첩)가 되면 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출한다.
또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 미리 설정된 개수의 상기 ADC부(100)의 출력 데이터(또는 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터)와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력한다.
이와 같이, 상기 DC 제거부(210)는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터와 한 첩에 대한 평균값의 차이를 계산하여 출력하는 것으로, 상기 DC 제거부(210)의 입력 데이터(또는 상기 ADC부(100)의 출력 데이터)는 한 첩 개수 크기의 상기 버퍼(220)에 저장한 뒤, 평균을 산출하고, 상기 입력 데이터와 상기 평균 간의 뺄셈 연산을 수행하여, 그 차이값을 출력한다.
또한, 상기 전처리부(200)에 포함된 해밍 윈도부(230)는 FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호(side lobe signal)의 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치(또는 미리 설정된 위치별 파라미터)와 상기 산출된 복수의 차이값(또는 상기 DC 제거부(210)로부터 출력되는 복수의 차이값) 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 출력한다.
즉, 상기 해밍 윈도부(230)는 상기 DC 제거부(210)에 의해 DC 오프셋이 제거된 한 첩의 신호에 대해 미리 설정된 해밍 윈도 파라미터와 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값/상기 전처리 기능 수행에 따른 출력값)으로 출력한다.
일 예로, 상기 DC 제거부(210)는 상기 수신부를 통해 수신되는 표적으로부터 반사된 신호에 포함된 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 ADC부(100)로부터 출력되는 복수의 표본화된 비트 주파수 신호를 상기 버퍼(220)에 임시 저장한다.
또한, 상기 버퍼(220)에 임시 저장되는 복수의 표본화된 비트 주파수 신호의 개수가 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)에 해당할 때, 상기 DC 제거부(210)는 상기 1024개의 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 평균을 산출한다.
또한, 상기 DC 제거부(210)는 상기 1024개의 표본화된 비트 주파수 신호와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 1024개의 차이값을 출력한다.
또한, 상기 해밍 윈도부(230)는 상기 DC 제거부(210)로부터 출력되는 1024개의 차이값과 미리 설정된 1024개의 해밍 윈도 파라미터 간의 곱셈 연산을 각각 수행하여, 1024개의 곱셈 연산의 출력값을 출력한다(S720).
이후, FFT 프로세서(300)는 상기 전처리부(200)의 출력값(또는 상기 해밍 윈도부(230)의 출력값)을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보(또는 FMCW 레이더의 출력 결과)를 산출한다.
즉, 상기 FFT 프로세서(300)는 앞선 [수학식 1]을 이용하여 상기 주파수 영역에서 곱셈연산을 통해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출한다.
또한, 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값은 FMCW 거리 정보를 선택적으로 출력하는 제 1 먹스(600)의 입력과 펄스 압축 기법을 위한 I-FFT 프로세서(500)의 입력으로 각각 제공(또는 분리)된다. 이때, 상기 FMCW 거리 정보는 상기 FMCW 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 나타낸다.
일 예로, 상기 FFT 프로세서(300)는 상기 해밍 윈도부(230)로부터 출력되는 1024개의 곱셈 연산의 출력값을 상기 [수학식 1]에 적용하여 주파수 영역에서 상기 FMCW 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 산출한다(S730).
이후, I-FFT 프로세서(500)는 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값과 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장된 송신 데이터(또는 송신 신호 정보)를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과(또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값/PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보/PD 거리 정보)를 출력한다.
즉, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 PD 레이더에서 거리 해상도가 향상된 표적과의 거리 정보를 얻기 위해 펄스 압축 기법(pulse compression method)을 수행해야 한다. 이때, 상기 펄스 압축 기법은 앞선 [수학식 2]에서의 콘볼루션 기반의 연산으로, 곱셈 연산을 펄스 크기만큼 모든 거리 빈(range bin)에 대해 적용한 뒤, 덧셈 연산을 수행하기 때문에 상당한 연산량을 가지게 된다. 상기 I-FFT 프로세서(500)는 이 연산량을 줄이기 위하여 시간 영역에서의 콘볼루션 연산이 주파수 영역에서의 곱셈 연산과 동일한 특징을 이용해서, 앞선 [수학식 3]과 같이, 상기 FFT 프로세서(300)로부터 주파수 영역에서 곱셈 연산을 한 후, 다시 시간 영역으로 되돌려서 사용하는 방식을 이용한다.
이와 같이, 펄스 압축 기법을 상기 [수학식 3]과 같은 연산으로 수행하게 되면, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 수신된 신호(또는 상기 수신 신호)에 대한 상기 FFT 프로세서(300)를 FMCW 레이더의 레인지 FFT(range FFT) 프로세서와 서로 공유해서 사용할 수 있어 복잡도를 줄일 수 있다.
또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 레벨값(또는 인덱스)에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출한다.
또한, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 앞선 [수학식 4]에 의해 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 산출한다.
일 예로, 상기 I-FFT 프로세서(500)는 상기 FFT 프로세서(300)로부터 출력되는 출력값과 상기 참조 룩업테이블(400)에 저장된 송신 데이터를 상기 [수학식 3]에 적용하여 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보를 산출한다(S740).
이후, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 선택하고, 상기 선택된 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값을 제 1 출력값(또는 상기 제 1 먹스(600)의 출력값)으로 출력한다.
이때, 상기 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 1]에 의해 산출된 상태이며, 상기 PD 레이더에 의한 표적과의 거리는 앞선 [수학식 4]에 의해 산출된 상태일 수 있다.
일 예로, 상기 제 1 먹스(600)는 상기 산출된 표적과의 거리(예를 들어 상기 FMCW 레이더에 의해 산출된 표적과의 거리)를 근거로 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값 및 상기 I-FFT 프로세서(500)의 출력값 중에서 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값을 선택하고, 상기 선택된 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값을 제 1 출력값(예를 들어 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값)으로 출력한다(S750).
이후, 2D 메모리부(700)는 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값(예를 들어 FFT 프로세서(300)의 출력값 또는 I-FFT 프로세서(500)의 출력값)을 순차적으로 저장한다. 이때, 상기 2D 메모리부(700)의 가로축은 PRI에 대응하며, 세로축은 펄스 수에 대응할 수 있다.
일 예로, 상기 2D 메모리부(700)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값(예를 들어 상기 FFT 프로세서(300)의 출력값)을 순차적으로 저장한다(S760).
이후, 제 2 먹스(900)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 2D 메모리부(700)에 순차 저장된 데이터(또는 출력값) 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값(또는 상기 제 2 먹스(900)의 출력값)으로 출력한다.
일 예로, 상기 제 2 먹스(900)는 상기 메모리 컨트롤러(800)의 제어에 의해 상기 2D 메모리부(700)에 순차 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 상기 미리 설정된 개수(예를 들어 1024개)의 데이터를 제 2 출력값으로 출력한다(S770).
이후, 후처리부(1000)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 산출한다.
또한, 상기 후처리부(1000)는 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리, 움직이는 표적의 속도 등을 출력한다.
즉, 상기 후처리부(1000)에 포함된 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 움직이는 표적과의 거리를 산출한다.
이때, 상기 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거(또는 필터링)하여 움직이는 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.
또한, 상기 후처리부(1000)에 포함된 I-MTI 프로세서(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분(예를 들어 거리 등 포함)을 산출한다.
이때, 상기 MTI 프로세서(1010)와 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출한다.
또한, 상기 후처리부(1000)에 포함된 도플러 FFT 프로세서(1030)는 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출한다.
또한, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 도플러 주파수 성분을 구하는 신호 처리 방식인 도플러 필터링을 이용하며, 상기 도플러 주파수 성분은 CPI 동안 표적으로부터 반사되어 수신된 신호가 존재하는 동일한 거리 빈들의 데이터의 위상 성분으로 표현되므로, FFT 연산을 통해 도플러 주파수를 산출한다.
즉, 상기 도플러 주파수는 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적한 후, 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 통해 구할 수 있으며, 거리빈 개수 * 펄스 개수의 2D 메모리가 요구된다.
또한, 도플러 성분을 구하고 나면, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 앞선 [수학식 5]를 이용해서 중심 주파수(f0)와 도플러 주파수(fd)로부터 움직이는 표적의 속도(V)를 산출할 수 있다.
또한, 상기 후처리부(1000)에 포함된 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 최종 표적 여부를 판단하기 위해서, 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출한다. 이때, 상기 CFAR 알고리즘은 CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘, GO CFAR 알고리즘 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하여, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov, 거리), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다.
일 예로, 상기 MTI 프로세서(1010)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 움직이는 표적과의 거리를 산출한다.
또한, 상기 I-MTI 프로세서(1020)는 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출한다.
또한, 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)는 상기 제 2 먹스(900)로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출한다.
또한, 상기 CFAR 및 첨두 검출부(1040)는 최종 표적 여부를 판단하기 위해서, 상기 제 1 먹스(600)로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하여, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 MTI 프로세서(1010), 상기 I-MTI 프로세서(1020) 및 상기 도플러 FFT 프로세서(1030)에 의해 각각 산출된 움직이는 표적의 성분(Rmov), 고정된 표적의 성분(Rsta) 및 움직이는 표적의 속도(Vmov)를 각각 출력한다(S780).
본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, 단일 하드웨어에 PD 레이더 신호 처리 프로세서와 FMCW 레이더 신호 처리 프로세서를 모두 지원하여, 장거리에 위치한 표적과 단거리에 위치한 표적을 모두 탐지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 앞서 설명된 바와 같이, PD 레이더와 FMCW 레이더에서 공통으로 요구되는 신호 처리 프로세서와 메모리를 서로 공유하여, 전체 시스템 운용 효율을 향상시키고, 저복잡도로 설계를 할 수 있다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 다중모드 레이더 신호 처리 장치 100: ADC부
200: 전처리부 300: FFT 프로세서
400: 참조 룩업테이블 500: I-FFT 프로세서
600: 제 1 먹스 700: 2D 메모리부
800: 메모리 컨트롤러 900: 제 2 먹스
1000: 후처리부 210: DC 제거부
220: 버퍼 230: 해밍 윈도부
1010: MTI 프로세서 1020: I-MTI 프로세서
1030: 도플러 FFT 프로세서 1040: CFAR 및 첨두 검출부

Claims (37)

  1. 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부;
    상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 전처리부;
    상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서;
    상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서;
    상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스;
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 메모리 컨트롤러;
    상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스; 및
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하고, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 후처리부를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리부는,
    표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 임시 저장하는 버퍼;
    상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 DC 제거부; 및
    FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 FFT 프로세서는,
    다음의 수학식에 의해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하며,
    Figure pat00014

    상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 I-FFT 프로세서는,
    다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
    Figure pat00015

    상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 I-FFT 프로세서는,
    상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하며,
    Figure pat00016

    상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 후처리부는,
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출하는 MTI 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 후처리부는,
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출하는 I-MTI 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는,
    복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 후처리부는,
    상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도플러 FFT 프로세서는,
    한 PRI(pulse repetition interval)의 거리 빈(range bin)의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하고, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
    Figure pat00017

    상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 후처리부는,
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 CFAR 및 첨두 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 CFAR 및 첨두 검출부는,
    상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 CFAR 알고리즘은,
    CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  14. ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계;
    전처리부에 의해, 상기 ADC부에 의해 출력되는 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계;
    FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계;
    I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT 프로세서에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계;
    제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계;
    메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계;
    제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계;
    후처리부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값과 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계; 및
    상기 후처리부에 의해, 클러터와 잡음으로부터 실제 표적인지 여부를 판별하여, 표적인 경우 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 표본화된 비트 주파수 신호에 대한 전처리 기능을 수행하여 전처리된 출력값을 출력하는 단계는,
    표적에 의해 반사된 상기 수신 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위해서, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 과정;
    상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 과정;
    상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하는 과정;
    상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 과정; 및
    FFT 기능을 수행함에 따라 발생하는 측엽 신호 크기를 줄이기 위해서, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 상기 전처리 기능 수행에 따른 상기 전처리된 출력값으로 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계는,
    다음의 수학식에 의해 산출되며,
    Figure pat00018

    상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계,
    다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
    Figure pat00019

    상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계는,
    상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하는 과정; 및
    다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하는 과정을 더 포함하며,
    Figure pat00020

    상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 움직이는 표적과의 거리는,
    상기 후처리부에 포함된 MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적의 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 고정된 표적과의 거리는,
    상기 후처리부에 포함된 I-MTI 프로세서에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적의 성분을 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 MTI 프로세서와 상기 I-MTI 프로세서는,
    복잡도를 줄이기 위해서 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 움직이는 표적의 성분 및 고정된 표적이 성분을 각각 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 움직이는 표적의 속도는,
    상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 움직이는 표적의 속도는,
    상기 후처리부에 포함된 도플러 FFT 프로세서에 의해, 한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하는 과정;
    상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하는 과정; 및
    상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
    Figure pat00021

    상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 실제 표적인지 여부를 판별하는 단계는,
    상기 후처리부에 포함된 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 과정;
    상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 과정; 및
    상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  25. 제 14 항에 있어서,
    상기 CFAR 알고리즘은,
    CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  26. 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 ADC부;
    상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하고, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하고, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 DC 제거부;
    미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 해밍 윈도부;
    상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 FFT 프로세서;
    상기 FFT에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 I-FFT 프로세서;
    상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 제 1 먹스;
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 순차적으로 저장하도록 2D 메모리부를 제어하는 메모리 컨트롤러;
    상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 제 2 먹스;
    재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 MTI 프로세서;
    재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 I-MTI 프로세서;
    상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 도플러 FFT 프로세서; 및
    상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하고, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하고,
    상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 CFAR 및 첨두 검출부를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 FFT 프로세서는,
    다음의 수학식에 의해 상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하며,
    Figure pat00022

    상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 I-FFT 프로세서는,
    다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
    Figure pat00023

    상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 I-FFT 프로세서는,
    상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하며,
    Figure pat00024

    상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  30. 제 26 항에 있어서,
    상기 도플러 FFT 프로세서는,
    한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하고, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하고, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
    Figure pat00025

    상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 CFAR 알고리즘은,
    CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 장치.
  32. ADC부에 의해, 수신 신호에 대해 표본화 기능을 수행하여 표본화된 비트 주파수 신호를 출력하는 단계;
    DC 제거부에 의해, 상기 표본화된 비트 주파수 신호를 버퍼에 임시 저장하는 단계;
    상기 DC 제거부에 의해, 상기 버퍼에 임시 저장되는 데이터의 개수가 미리 설정된 개수가 될 때, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터에 대해서 평균을 산출하는 단계;
    상기 DC 제거부에 의해, 상기 미리 설정된 개수의 임시 저장된 데이터와 상기 산출된 평균 간의 차이값을 각각 산출하고, 상기 산출된 상기 미리 설정된 개수에 대응하는 복수의 차이값을 출력하는 단계;
    해밍 윈도부에 의해, 미리 설정된 가중치와 상기 산출된 복수의 차이값 간의 곱셈 연산을 수행하여, 곱셈 연산의 결과값을 전처리 기능 수행에 따른 전처리된 출력값으로 출력하는 단계;
    FFT 프로세서에 의해, 상기 전처리된 출력값을 근거로 주파수 영역에서 곱셈연산을 수행하여 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계;
    I-FFT 프로세서에 의해, 상기 FFT에 의해 산출된 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보와 참조 룩업테이블에 저장된 송신 데이터를 주파수 영역에서 곱셈 연산을 수행한 후, 다시 시간 영역으로 되돌린 결과를 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계;
    제 1 먹스에 의해, 상기 수신 신호와 송신 신호를 근거로 산출된 표적과의 거리에 따라 FMCW 레이더의 출력 결과인 상기 FFT 프로세서의 출력값 또는 PD 레이더의 출력 결과인 상기 I-FFT 프로세서의 출력값을 선택하여 제 1 출력값으로 출력하는 단계;
    메모리 컨트롤러에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 2D 메모리부에 순차적으로 저장하는 단계;
    제 2 먹스에 의해, 상기 2D 메모리부에 저장된 데이터 중에서 동일한 거리빈 인덱스를 가지는 데이터를 제 2 출력값으로 출력하는 단계;
    MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 고정된 표적 성분을 제거하여 상기 움직이는 표적과의 거리를 산출하는 단계;
    I-MTI 프로세서에 의해, 재귀 방식의 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값에서 움직이는 표적 성분을 제거하여 고정된 표적과의 거리를 산출하는 단계;
    도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 제 2 먹스로부터 출력되는 제 2 출력값을 근거로 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계;
    CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 먹스로부터 출력되는 제 1 출력값을 근거로 CFAR 알고리즘을 적용하여 상기 제 1 출력값 중 일부에 대한 평균을 산출하여 적응형 문턱값을 산출하는 단계;
    상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 상기 제 1 출력값과 상기 산출된 적응형 문턱값을 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과, 상기 제 1 출력값이 상기 산출된 적응형 문턱값보다 클 때, 상기 CFAR 및 첨두 검출부에 의해, 주파수 성분으로 판단하여, 상기 산출된 고정된 표적과의 거리, 움직이는 표적과의 거리 및 움직이는 표적의 속도를 출력하는 단계를 포함하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 FMCW 레이더에서 표적과의 거리 정보를 산출하는 단계는,
    다음의 수학식에 의해 산출되며,
    Figure pat00026

    상기 R1은 FMCW 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 B는 대역폭을 나타내고, 상기 T는 한 첩의 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계,
    다음의 수학식에 의해 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산을 산출하는 과정을 포함하며,
    Figure pat00027

    상기 y[n]은 송신 신호와 수신 신호 사이의 상관 연산(correlation)이고, 상기 x[n]은 수신 신호이고, 상기 h[n]은 선형 주파수 변조된 송신 펄스 신호를 나타내고, 상기 n은 인덱스를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리 정보로 출력하는 단계는,
    상기 산출된 상관 연산(y[n]) 중에서 피크값을 나타내는 인덱스에 상기 수신 신호에 대한 샘플링 시간을 곱하여 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간(△t)을 산출하는 과정; 및
    다음의 수학식에 의해 상기 PD 레이더에서의 표적과의 거리를 산출하는 과정을 더 포함하며,
    Figure pat00028

    상기 R2는 PD 레이더에 의한 표적과의 거리를 나타내고, 상기 △t는 송신 신호와 수신 신호의 지연 시간을 나타내고, 상기 c는 신호의 전파 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 단계는,
    한 PRI의 거리 빈의 데이터를 거리 빈과 펄스 수의 곱만큼 누적하는 과정;
    상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 상기 누적된 거리 빈의 데이터를 FFT 연산을 수행하여 도플러 주파수를 산출하는 과정; 및
    상기 도플러 FFT 프로세서에 의해, 다음의 수학식에 의해 상기 움직이는 표적의 속도를 산출하는 과정에 의해 산출되며,
    Figure pat00029

    상기 f0는 중심 주파수를 나타내고, 상기 fd는 도플러 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 CFAR 알고리즘은,
    CA CFAR 알고리즘, SO CFAR 알고리즘 및 GO CFAR 알고리즘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인기 탐지를 위한 다중모드 레이더 신호 처리 방법.
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