KR20220120321A - Apparatus and method for processing signal of active phased array radar - Google Patents

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Abstract

According to an exemplary embodiment of the present invention, an apparatus and method for processing a signal of an active phased array radar may improve measurement accuracy of the active phased array radar as one dwell includes a plurality of bursts to which transmission signals independent to each other are assigned.

Description

능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for processing signal of active phased array radar}Apparatus and method for processing signal of active phased array radar

본 발명은 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 능동 위상 배열 레이다의 측정 정확도를 개선하는, 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for processing a signal of an active phased array radar, and more particularly, to an apparatus and method for improving the measurement accuracy of an active phased array radar.

능동 위상 배열 레이다는 빠른 빔 조향 능력(beam agility)을 이용하여 다수의 기능을 효과적으로 수행하는 레이다로, 각 기능별로 요구하는 성능에 따라 적절한 레이다 파형을 운용함으로써, 동시에 다수의 기능을 최적으로 수행한다.Active phased array radar is a radar that effectively performs multiple functions by using fast beam agility, and optimally performs multiple functions at the same time by operating an appropriate radar waveform according to the performance required for each function. .

도 1은 종래의 능동 위상 배열 레이다의 능동빔 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining an active beam configuration of a conventional active phased array radar.

도 1을 참조하면, 능동 위상 배열 레이다는 탐지, 다수 표적에 대한 추적 중 탐색(track while scan, TWS), 다수 교전 대상 표적에 대한 능동 추적, 시스템 보정 등을 동시에 수행하며, 각 기능 별로 드웰(dwell)의 자원이 할당된다. 여기서, 드웰은 레이다가 공간상의 하나의 지점에 머무르는 시간을 의미하며, 능동 위상 배열 레이다에서는 기능이 수행되는 최소 시간 단위로 표현될 수 있다.Referring to Figure 1, the active phased array radar simultaneously performs detection, track while scan (TWS) for multiple targets, active tracking for multiple targets to engage, system calibration, etc., and the dwell ( dwell) is allocated. Here, the dwell means the time the radar stays at one point in space, and in the active phased array radar, it may be expressed as a minimum time unit for performing a function.

기능 수행의 단위인 하나의 드웰 내에는 여러 개의 상세 기능이 수행될 수 있는 버스트(burst)가 존재하며, 버스트의 조합을 통해 레이다는 하나의 기능을 수행한다. 또한, 버스트 내에는 상세 기능 수행을 위해 여러 개의 펄스열이 존재 할 수 있으며, 이를 펄스 반복 주기(pulse repetition interval, PRI)라 한다.A burst exists in which several detailed functions can be performed within one dwell, which is a unit of function execution, and the radar performs one function through the combination of bursts. In addition, multiple pulse trains may exist in the burst to perform detailed functions, which is called a pulse repetition interval (PRI).

예컨대, 탐지 기능을 수행하기 위해 레이다는 탐지 기능 드웰을 형성하고, 탐지를 통해 모호성 없는 표적 정보를 얻기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 여러개의 버스트를 사용할 수 있으며, 각 버스트에는 표적 신호 추출을 위한 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 얻어내기 위해 다수개의 송신 펄스가 사용될 수 있다. 이는 기능에 따라 하나의 드웰 내에 하나의 버스트가 존재할 수도 있고 다수개의 버스트가 존재할 수도 있으며, 하나의 버스트에는 하나의 펄스 또는 다수개의 펄스가 존재할 수 있다.For example, in order to perform a detection function, the radar forms a detection function dwell, and in order to obtain target information without ambiguity through detection, multiple bursts may be used as shown in FIG. 1 , and each burst has a Multiple transmit pulses may be used to obtain a signal to noise ratio (SNR). According to the function, one burst or multiple bursts may exist in one dwell, and one pulse or multiple pulses may exist in one burst.

능동 위상 배열 레이다의 능동 추적 과정은 수신된 표적 신호를 분석한 뒤, 새로운 능동 추적빔을 생성하며, 탐색빔은 탐지된 표적을 추적으로 연결하기 위해 새로운 능동빔을 할당한다. 측정 정확도를 향상시키기 위해서는 실시간으로 능동빔 결과를 다음에 운용될 능동빔 생성에 반영시켜야 한다.The active tracking process of the active phased array radar analyzes the received target signal and then generates a new active tracking beam, and the search beam allocates a new active beam to connect the detected target to tracking. In order to improve the measurement accuracy, it is necessary to reflect the active beam results in real time in the active beam generation to be operated next.

능동빔의 신호 처리 및 데이터 처리 시간 지연으로 인해 실시간 빔 운용 흐름이 깨지면, 이전의 능동빔 결과가 여러 드웰 뒤의 능동빔 명령에 반영되게 되어, 표적의 정확도는 열화되고, 심지어 지속적인 데이터 지연으로 인해 표적을 소실하거나 레이다 신호 처리가 동작을 멈추는 문제가 발생할 수 있다.If the real-time beam operation flow is disrupted due to the signal processing and data processing time delays of the active beam, the previous active beam results will be reflected in the active beam command after several dwells, which will degrade the accuracy of the target and even cause continuous data delay. Problems can arise where the target is lost or the radar signal processing stops working.

이러한 실시간성 문제를 해결하기 위해서는 신호 처리 지연 시간을 고려해 능동빔 시간을 크게 할당해야 하는데, 이는 자원의 낭비 문제를 발생시킨다.In order to solve the real-time problem, it is necessary to allocate a large active beam time in consideration of the signal processing delay time, which causes a waste of resources.

다른 해결 방안으로는 신호 처리 시간 지연을 최소화하기 위해 고성능 처리 하드웨어를 사용하는 것인데, 이는 상대적으로 큰 비용이 소요되는 문제가 있다.Another solution is to use high-performance processing hardware to minimize signal processing time delay, which is relatively expensive.

이러한 실시간 신호 처리 과정은 표적이 근거리로 접근할 때 크게 발생할 수 있는데, 이는 근거리로 접근할 수록 표적의 신호 대 잡음비(SNR) 성능이 상승하여, 짧은 드웰 시간을 요구하게 되고, 짧은 드웰 시간에 대해서는 실시간 운용이 안되기에 프로세싱 시간 지연을 고려해 자원 낭비를 감수할 수 밖에 없는 기술적 한계(프로세싱 시간 지연을 고려해 마진이 필요함)가 발생한다.This real-time signal processing process can occur greatly when the target approaches a short distance, which increases the signal-to-noise ratio (SNR) performance of the target as it approaches a short distance, requiring a short dwell time. Because real-time operation is not possible, there is a technical limitation (requires a margin in consideration of the processing time delay) that has no choice but to waste resources in consideration of the processing time delay.

도 2는 종래의 능동 위상 배열 레이다의 능동빔 운용 과정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining an active beam operation process of a conventional active phased array radar.

도 2를 참조하면, 하나의 능동빔(하나의 드웰) 내에는 일반적으로 하나의 버스트를 사용하여 탐지 플롯을 추출하거나, 모호성 제거의 용도로써만 여러 버스트를 사용한 후 최종 하나의 플롯을 얻어내는 형태로 운용한다.Referring to FIG. 2 , in one active beam (one dwell), a detection plot is generally extracted using one burst, or a final plot is obtained after using several bursts only for the purpose of removing ambiguity. operate with

탐색 능동빔 운용 시에는 상대적으로 정확도 에러가 큰 표적 정보를 기반으로 자원 관리부에 추적 전환 빔을 요청함으로써, 추적 전환 능력이 떨어진다.When the search active beam is operated, the tracking switching ability is deteriorated by requesting the tracking switching beam from the resource management unit based on target information having a relatively large accuracy error.

추적 능동빔 운용 시에는 여러 개의 능동빔(여러 개의 능동빔용 드웰) 결과를 추적 필터에 연속적으로 주입시켜 표적의 위치 정확도를 개선하는 방식으로 운영되고 있다.When the tracking active beam is operated, the results of multiple active beams (dwell for multiple active beams) are continuously injected into the tracking filter to improve the target's positional accuracy.

정리하면, 종래의 능동 위상 배열 레이다의 정확도 성능 향상을 위해서는 추적의 재방문 주기를 가능한 빠르게 하여, 추적 오차를 최소화 시켜야하는데, 추적의 재방문 주기는 시스템 내부에서 소요되는 신호 및 데이터 처리 지연 시간의 영향으로 추적빔 재방문 주기의 최소화에 대한 한계가 존재한다. 이를 극복하기 위해 종래의 레이다들은 고성능의 신호 처리 하드웨어를 사용하거나, 송신빔 출력을 올리는 것을 통해, 정확도 성능을 개선하고 있다.In summary, in order to improve the accuracy performance of the conventional active phased array radar, it is necessary to minimize the tracking error by making the tracking revisit cycle as fast as possible. As a result, there is a limit to the minimization of the tracking beam revisit period. In order to overcome this problem, conventional radars improve accuracy performance by using high-performance signal processing hardware or by increasing the transmission beam output.

즉, 정확도 성능을 향상시키기 위해서는 표적 반사 신호의 품질을 좋게 하거나, 추적 주기 재방문 시간을 단축시켜, 짧은 시간동안 변화되는 표적 신호의 특성을 가능한 많이 추적 필터 입력으로 넣어줌으로써, 필터 출력의 품질을 향상시켜야 한다.That is, in order to improve the accuracy performance, the quality of the filter output can be improved by improving the quality of the target reflected signal or shortening the revisit time of the tracking cycle, and by putting as many characteristics of the target signal that change for a short time as possible into the tracking filter input. should be improved

종래의 레이다에서 표적 반사 신호의 품질을 좋게하기 위해서는 신호 대 잡음비(SNR)를 개선시켜야 했고, 신호 대 잡음비(SNR) 개선을 위한 송신 출력의 증대는 상대적으로 고출력 증폭용 반도체 트랜지스터의 사용과 이에 대한 소모 전류의 증대와 발열에 따른 큰 방열 시스템을 필요로 한다. 또한, 신호 대 잡음비(SNR) 개선을 위해 안테나 이득을 개선시키려면 상대적으로 큰 크기의 안테나를 필요로 한다. In order to improve the quality of the target reflected signal in the conventional radar, it was necessary to improve the signal-to-noise ratio (SNR). A large heat dissipation system is required due to an increase in current consumption and heat generation. In addition, in order to improve an antenna gain to improve a signal-to-noise ratio (SNR), a relatively large size antenna is required.

표적의 추적 재방문 주기를 최소화시켜 추적 정확도를 개선하기 위해서는 신호 처리 지연 시간 단축을 위한 고성능의 신호 처리 하드웨어를 사용하여야 하고, 이는 상대적으로 많은 비용이 소요되는 문제가 발생하였다.In order to improve the tracking accuracy by minimizing the tracking revisit period of the target, it is necessary to use high-performance signal processing hardware for reducing the signal processing delay time, which is relatively expensive.

이에 따라, 무장을 운용하는 사격 통제 레이다는 무장에서 요구하는 정확도를 제공하여, 표적에 대응할수 있도록 지원해야 하며, 이런 용도의 레이다 시스템은 주어진 자원을 이용해 대상 표적에 대한 정확도를 향상시키는 기술의 개발이 필요하다.Accordingly, the fire control radar that operates the weapon must provide the accuracy required by the armament to support the response to the target. I need this.

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 하나의 드웰(dwell)이 서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함함으로써, 능동 위상 배열 레이다의 측정 정확도를 개선하는, 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to improve the measurement accuracy of an active phased array radar by including a plurality of bursts to which one dwell is allocated a transmit signal independent of each other, the signal of an active phased array radar To provide a processing apparatus and method.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified in the present invention may be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치는, 제어 신호에 따라 능동빔을 송신하는 레이다 송신부; 상기 레이다 송신부를 통해 송신된 상기 능동빔이 표적에서 반사되는 표적 반사 신호를 수신하는 레이다 수신부; 상기 레이다 수신부를 통해 수신된 상기 표적 반사 신호를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰(dwell) 단위로 획득하는 신호 처리부; 상기 신호 처리부를 통해 획득된 상기 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 추적 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 추적부; 상기 추적부를 통해 획득된 상기 표적 추적 정보를 기반으로 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 획득하는 자원 관리부; 및 상기 자원 관리부를 통해 획득된 상기 제어 명령을 기반으로 상기 드웰 단위로 상기 제어 신호를 획득하고, 획득한 상기 제어 신호를 상기 레이다 송신부에 제공하는 레이다 제어부;를 포함하며, 하나의 상기 드웰은, 서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함하고, 상기 신호 처리부는, 복수개의 상기 버스트 각각에 대해 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 획득한 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a signal processing apparatus for an active phased array radar, comprising: a radar transmitter for transmitting an active beam according to a control signal; a radar receiver for receiving a target reflection signal in which the active beam transmitted through the radar transmitter is reflected from a target; a signal processing unit configured to acquire target detection information in dwell units based on the target reflection signal received through the radar receiving unit; a tracking unit configured to acquire target tracking information in units of the dwell based on the target detection information acquired through the signal processing unit; a resource management unit for allocating active beam resources based on the target tracking information acquired through the tracking unit and obtaining a control command; and a radar control unit that acquires the control signal in units of the dwell unit based on the control command obtained through the resource management unit and provides the obtained control signal to the radar transmitter; a plurality of bursts to which independent transmission signals are allocated, wherein the signal processing unit obtains sub-target detection information for each of the plurality of bursts, and based on the obtained plurality of sub-target detection information The target detection information is acquired in the dwell unit.

여기서, 상기 버스트는, 독립적인 코드 변조를 송신 파형에 사용하는 방법, 안테나의 독립적인 편파 특성을 사용하는 방법, 독립적인 주파수 신호를 이용하는 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 독립적인 송신 신호가 할당될 수 있다.Here, the burst is performed by using at least one of a method using independent code modulation for a transmission waveform, a method using an independent polarization characteristic of an antenna, and a method using an independent frequency signal, so that an independent transmission signal is can be assigned.

여기서, 상기 신호 처리부는, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 평균하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득할 수 있다.Here, the signal processing unit may obtain the target detection information in units of the dwell by averaging the plurality of sub-target detection information.

여기서, 상기 신호 처리부는, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 기준으로, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 가중합하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득할 수 있다.Here, the signal processing unit may acquire the target detection information in units of the dwell by weighting the plurality of sub-target detection information based on a signal to noise ratio (SNR).

여기서, 상기 신호 처리부는, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 신호 대 잡음비(SNR)를 기준으로 정렬하고, 정렬된 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 미리 설정된 기준에 따라 가중합하여 상기 표적 탐지 정보를 획득할 수 있다.Here, the signal processing unit aligns a plurality of the sub-target detection information based on a signal-to-noise ratio (SNR), and weight-sums the aligned plurality of the sub-target detection information according to a preset criterion to obtain the target detection information can do.

여기서, 상기 표적 탐지 정보는, 표적에 대한 거리, 속도, 방위각 및 고각을 포함할 수 있다.Here, the target detection information may include a distance, a speed, an azimuth and an elevation with respect to the target.

여기서, 상기 레이다 수신부는, 수신한 상기 표적 반사 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF)로 변환하고, 상기 중간 주파수를 디지털 신호로 변환하며, 변환한 상기 디지털 신호를 상기 신호 처리부에 제공할 수 있다.Here, the radar receiver may convert the received target reflected signal into an intermediate frequency (IF), convert the intermediate frequency into a digital signal, and provide the converted digital signal to the signal processing unit .

여기서, 상기 신호 처리부는, 상기 디지털 신호를 미리 설정된 알고리즘에 따라 상기 버스트 단위로 처리하여 상기 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 상기 버스트별로 획득한 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 상기 드웰 단위의 상기 표적 탐지 정보를 획득할 수 있다.Here, the signal processing unit processes the digital signal in units of the burst according to a preset algorithm to obtain the sub-target detection information, and based on the plurality of sub-target detection information acquired for each burst, The target detection information may be obtained.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법은, 제어 신호에 따라 능동빔을 송신하는 단계; 상기 능동빔이 표적에서 반사되는 표적 반사 신호를 수신하는 단게; 상기 표적 반사 신호를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰(dwell) 단위로 획득하는 단계; 상기 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 추적 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 단계; 상기 표적 추적 정보를 기반으로 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 획득하는 단계; 및 상기 제어 명령을 기반으로 상기 드웰 단위로 상기 제어 신호를 획득하는 단계;를 포함하며, 하나의 상기 드웰은, 서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함하고, 상기 표적 탐지 정보 획득 단계는, 복수개의 상기 버스트 각각에 대해 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 획득한 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 것으로 이루어질 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object, there is provided a signal processing method of an active phased array radar, comprising: transmitting an active beam according to a control signal; receiving a target reflection signal by which the active beam is reflected from the target; acquiring target detection information in dwell units based on the target reflection signal; acquiring target tracking information in the dwell unit based on the target detection information; allocating an active beam resource based on the target tracking information and obtaining a control command; and acquiring the control signal in units of the dwell based on the control command, wherein one dwell includes a plurality of bursts to which mutually independent transmission signals are allocated, and the target detection The information acquisition step may include acquiring sub-target detection information for each of the plurality of bursts, and acquiring the target detection information in units of the dwell based on the acquired plurality of sub-target detection information.

여기서, 상기 버스트는, 독립적인 코드 변조를 송신 파형에 사용하는 방법, 안테나의 독립적인 편파 특성을 사용하는 방법, 독립적인 주파수 신호를 이용하는 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 독립적인 송신 신호가 할당될 수 있다.Here, the burst is performed by using at least one of a method using independent code modulation for a transmission waveform, a method using an independent polarization characteristic of an antenna, and a method using an independent frequency signal, so that an independent transmission signal is can be assigned.

여기서, 상기 표적 탐지 정보 획득 단계는, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 평균하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 것으로 이루어질 수 있다.Here, the step of acquiring the target detection information may include acquiring the target detection information in units of the dwell by averaging a plurality of the sub-target detection information.

여기서, 상기 표적 탐지 정보 획득 단계는, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 기준으로, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 가중합하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 것으로 이루어질 수 있다.Here, the step of acquiring the target detection information may include acquiring the target detection information in units of the dwell by weighting and summing the plurality of sub-target detection information based on a signal to noise ratio (SNR). .

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되어 상기한 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에서 실행시킨다.A computer program according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is stored in a computer-readable recording medium and executes any one of the signal processing methods of the active phased array radar in the computer.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치 및 방법에 의하면, 하나의 드웰(dwell)이 서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함함으로써, 능동 위상 배열 레이다의 측정 정확도를 개선할 수 있다.According to the signal processing apparatus and method of the active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention, one dwell (dwell) includes a plurality of bursts to which independent transmission signals are allocated, the active phased array radar can improve the measurement accuracy of

즉, 본 발명은 하나의 드웰 신호 처리에서 여러 버스트의 할당으로 드웰 신호 처리 시간을 크게 확보함으로써 신호 처리의 실시간성을 개선시킬 수 있다.That is, the present invention can improve the real-time of signal processing by securing a large dwell signal processing time by allocating multiple bursts in one dwell signal processing.

또한, 본 발명은 N개의 각 버스트에 독립적인 송신 신호를 운용하고, 버스트별로 측정된 탐지 플롯들로부터 드웰 신호 처리를 수행함으로써 정확도를 개선시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve accuracy by operating an independent transmission signal for each N bursts and performing dwell signal processing from detection plots measured for each burst.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래의 능동 위상 배열 레이다의 능동빔 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 능동 위상 배열 레이다의 능동빔 운용 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동빔 운용 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 종래의 능동 위상 배열 레이다의 능동빔 정확도를 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 거리에 따른 측정 에러를 나타내고, 도 6의 (b)는 거리에 따른 측정 정확도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동빔 정확도를 설명하기 위한 도면으로, 도 7의 (a)는 거리에 따른 측정 에러를 나타내고, 도 7의 (b)는 거리에 따른 측정 정확도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a diagram for explaining an active beam configuration of a conventional active phased array radar.
2 is a view for explaining an active beam operation process of a conventional active phased array radar.
3 is a block diagram illustrating a signal processing apparatus of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a signal processing process according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining an active beam operation process according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining the accuracy of the active beam of the conventional active phased array radar. FIG. 6 (a) shows a measurement error according to a distance, and FIG. 6 (b) shows a measurement accuracy according to a distance.
7 is a view for explaining active beam accuracy according to a preferred embodiment of the present invention, in which (a) of FIG. 7 shows a measurement error according to a distance, and (b) of FIG. 7 shows a measurement accuracy according to a distance .
8 is a flowchart illustrating a signal processing method of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments published below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the publication of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

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 otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In the present specification, terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from other components, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

본 명세서에서 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 the present specification, identification symbols (eg, a, b, c, etc.) in each step are used for convenience of description, and identification symbols do not describe the order of each step, and each step is clearly Unless a specific order is specified, the order may differ from the specified order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this specification, expressions such as “have”, “may have”, “include” or “may include” indicate the presence of a corresponding feature (eg, a numerical value, function, operation, or component such as a part). and does not exclude the presence of additional features.

또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.In addition, the term '~ unit' as used herein means software or a hardware component such as a field-programmable gate array (FPGA) or ASIC, and '~ unit' performs certain roles. However, '-part' is not limited to software or hardware. '~unit' may be configured to reside on an addressable storage medium or may be configured to refresh one or more processors. Thus, as an example, '~' denotes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data structures and variables. The functions provided in the components and '~ units' may be combined into a smaller number of components and '~ units' or further separated into additional components and '~ units'.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a signal processing apparatus and method of an active phased array radar according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치에 대하여 설명한다.First, a signal processing apparatus of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 .

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치를 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a signal processing apparatus of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치(이하 '신호 처리 장치'라 한다)(100)는 하나의 드웰(dwell)이 서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함함으로써, 능동 위상 배열 레이다의 측정 정확도를 개선한다.Referring to FIG. 3 , in the active phased array radar signal processing apparatus (hereinafter referred to as 'signal processing apparatus') 100 according to a preferred embodiment of the present invention, one dwell allocates independent transmission signals. The inclusion of a plurality of bursts in the active phase improves the measurement accuracy of active phased array radars.

여기서 버스트는 독립적인 코드 변조를 송신 파형에 사용하는 방법, 안테나의 독립적인 편파 특성을 사용하는 방법, 독립적인 주파수 신호를 이용하는 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 독립적인 송신 신호가 할당될 수 있다.Here, the burst can be assigned an independent transmission signal using at least one of a method using independent code modulation for a transmission waveform, a method using an independent polarization characteristic of an antenna, and a method using an independent frequency signal. have.

이를 위해, 신호 처리 장치(100)는 레이다 수신부(110), 신호 처리부(120), 추적부(130), 자원 관리부(140), 레이다 제어부(150) 및 레이다 송신부(160)를 포함할 수 있다.To this end, the signal processing apparatus 100 may include a radar receiving unit 110 , a signal processing unit 120 , a tracking unit 130 , a resource management unit 140 , a radar control unit 150 , and a radar transmitting unit 160 . .

레이다 수신부(110)는 레이다 송신부(160)를 통해 송신된 능동빔이 표적에서 반사되는 표적 반사 신호를 수신한다.The radar receiver 110 receives a target reflection signal in which the active beam transmitted through the radar transmitter 160 is reflected from the target.

이때, 레이다 수신부(110)는 수신한 표적 반사 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF)로 변환하고, 중간 주파수를 디지털 신호로 변환하며, 변환한 디지털 신호를 신호 처리부(120)에 제공할 수 있다.In this case, the radar receiver 110 converts the received target reflected signal to an intermediate frequency (IF), converts the intermediate frequency into a digital signal, and provides the converted digital signal to the signal processing unit 120 . .

신호 처리부(120)는 레이다 수신부(110)를 통해 수신된 표적 반사 신호를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득한다.The signal processing unit 120 acquires target detection information in dwell units based on the target reflection signal received through the radar receiving unit 110 .

여기서, 표적 탐지 정보는 표적에 대한 거리, 속도, 방위각 및 고각을 포함할 수 있다.Here, the target detection information may include a distance, a speed, an azimuth, and an elevation with respect to the target.

즉, 신호 처리부(120)는 복수개의 버스트 각각에 대해 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 획득한 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득할 수 있다. 여기서, 서브 표적 탐지 정보는 하나의 버스트에 대한 정보로부터 획득되는 것으로, 표적에 대한 거리, 속도, 방위각 및 고각을 포함할 수 있다.That is, the signal processing unit 120 may acquire sub-target detection information for each of a plurality of bursts, and may acquire target detection information in units of dwell based on the acquired plurality of sub-target detection information. Here, the sub-target detection information is obtained from information about one burst, and may include a distance, a speed, an azimuth, and an elevation to the target.

이때, 신호 처리부(120)는 레이다 수신부(110)를 통해 제공받은 디지털 신호를 미리 설정된 알고리즘에 따라 버스트 단위로 처리하여 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 버스트별로 획득한 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 드웰 단위의 표적 탐지 정보를 획득할 수 있다.At this time, the signal processing unit 120 obtains sub-target detection information by processing the digital signal provided through the radar receiving unit 110 in burst units according to a preset algorithm, and based on a plurality of sub-target detection information acquired for each burst. can acquire target detection information in dwell units.

예컨대, 신호 처리부(120)는 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 평균하여 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득할 수 있다.For example, the signal processing unit 120 may acquire target detection information in units of dwell by averaging a plurality of sub-target detection information.

또한, 신호 처리부(120)는 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 기준으로, 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 가중합하여 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득할 수 있다. 즉, 신호 처리부(120)는 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 신호 대 잡음비(SNR)를 기준으로 정렬하고, 정렬된 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 미리 설정된 기준에 따라 가중합하여 표적 탐지 정보를 획득할 수 있다.Also, the signal processing unit 120 may acquire target detection information in units of dwell by weighting and summing a plurality of sub-target detection information based on a signal to noise ratio (SNR). That is, the signal processing unit 120 aligns the plurality of sub-target detection information based on the signal-to-noise ratio (SNR), and weights and sums the aligned plurality of sub-target detection information according to a preset criterion to obtain target detection information. have.

추적부(130)는 신호 처리부(120)를 통해 획득된 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 추적 정보를 드웰 단위로 획득한다.The tracker 130 acquires target tracking information in units of dwell based on the target detection information acquired through the signal processor 120 .

자원 관리부(140)는 추적부(130)를 통해 획득된 표적 추적 정보를 기반으로 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 획득한다.The resource manager 140 allocates an active beam resource based on the target tracking information acquired through the tracker 130 and acquires a control command.

레이다 제어부(150)는 자원 관리부(140)를 통해 획득된 제어 명령을 기반으로 드웰 단위로 제어 신호를 획득하고, 획득한 제어 신호를 레이다 송신부(160)에 제공한다.The radar control unit 150 obtains a control signal in units of dwell based on the control command obtained through the resource management unit 140 , and provides the obtained control signal to the radar transmission unit 160 .

레이다 송신부(160)는 레이다 제어부(150)를 통해 제공받은 제어 신호에 따라 능동빔을 송신한다.The radar transmitter 160 transmits an active beam according to a control signal provided through the radar controller 150 .

그러면, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 과정에 대하여 보다 자세하게 설명한다.Next, a signal processing process of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동빔 운용 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a view for explaining a signal processing process according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining an active beam operation process according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 레이다 송신부(160)는 제어 신호를 수신한 뒤 수신된 제어 신호에 맞게 전력을 증폭시켜 송신빔을 펄스 반복 주기(pulse repetition interval, PRI)에 따라 송신한다.Referring to FIG. 4 , the radar transmitter 160 receives a control signal, amplifies power according to the received control signal, and transmits a transmission beam according to a pulse repetition interval (PRI).

레이다 수신부(110)는 능동 위상 배열 안테나 장치를 통해 송신된 송신빔이 표적을 맞고 반사되는 표적 반사 신호를 수신하고, 수신한 표적 반사 신호를 중간 주파수(IF)로 변환하며, AD(analog to digital) 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 신호 처리부(120)로 전달한다.The radar receiver 110 receives a target reflected signal reflected by a transmission beam transmitted through the active phased array antenna device hitting a target, converts the received target reflected signal into an intermediate frequency (IF), and AD (analog to digital) ) is converted into a digital signal through a converter, and the digital signal is transmitted to the signal processing unit 120 .

신호 처리부(120)는 버스트 단위로 계획된 신호 처리 알고리즘(펄스 압축, FFT, CFAR, 표적 연관 등)을 거친 뒤, 하나의 드웰 내의 버스트 결과들(서브 표적 탐지 정보들)을 모아 신호 처리하여 모호성이 해결된 최종의 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 추적부(130)에 제공한다.The signal processing unit 120 performs signal processing algorithms (pulse compression, FFT, CFAR, target association, etc.) planned in burst units, and then collects burst results (sub-target detection information) within one dwell and processes the signals to avoid ambiguity. The resolved final target detection information is provided to the tracking unit 130 in units of dwell.

추적부(130)는 추적 대상 표적에 대한 표적 탐지 정보를 가공하여 표적의 추정 위치 추적 에러를 출력하며, 결과를 드웰 단위로 자원 관리부(140)에 제공한다.The tracking unit 130 processes the target detection information for the target target to be tracked, outputs the estimated position tracking error of the target, and provides the result to the resource management unit 140 in dwell units.

자원 관리부(140)는 능동 위상 배열 레이다의 최상위 제어부로, 입력받은 추적부(130)의 결과를 반영하여 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 생성한다.The resource management unit 140 is the uppermost control unit of the active phased array radar, and reflects the input result of the tracking unit 130 to allocate active beam resources and generate a control command.

레이다 제어부(150)는 자원 관리를 통해 할당받은 제어 명령을 기반으로 운용되는 능동빔(드웰)별로 구분하여 제어 신호를 생성하며, 레이다 송신부(160)에 제어 신호를 순차적으로 전송한다.The radar control unit 150 generates a control signal by dividing it for each active beam (dwell) operated based on a control command allocated through resource management, and sequentially transmits the control signal to the radar transmission unit 160 .

레이다 송신부(150)는 제어 신호를 입력받아 제어 신호에 맞는 빔 조향 방향으로 추적 빔을 송신한다.The radar transmitter 150 receives a control signal and transmits a tracking beam in a beam steering direction corresponding to the control signal.

도 5를 참조하면, 능동 위상 배열 레이다의 정확도 향상을 위해 본 발명에서는 하나의 능동빔(능동 추적용 드웰) 내에 다수개의 버스트를 포함시키고, 각 버스트 마다 독립적 송신 신호를 할당시켜 운용한 뒤, 드웰 신호 처리단에서 다수개의 버스트를 통해 탐지된 플롯 정보를 적절히 조합해 한번 더 신호 처리함으로써 하나의 정확도 높은 탐지 신호를 얻어내도록 하는 방식이다.5 , in order to improve the accuracy of the active phased array radar, in the present invention, a plurality of bursts are included in one active beam (dwell for active tracking), and an independent transmission signal is allocated to each burst and operated, and then the dwell It is a method to obtain a single high-accuracy detection signal by properly combining the plot information detected through a plurality of bursts at the signal processing stage and processing the signal once more.

본 발명의 특징 중 실시간성을 개선시키는 부분은 하나의 드웰 신호 처리에서 여러 버스트를 할당함으로써 드웰 신호 처리 시간을 크게 확보할 수 있는 장점을 갖는다. 이는 N 개의 버스트를 사용할 때 종래 대비 N배의 신호 처리 시간을 확보할 수 있음을 나타낸다. 도 4에 도시한 신호 처리 과정의 각 단계는 순차적으로 수행되며, 각 단계마다 신호 처리 후 통신을 통해 데이터를 전송한다. 따라서, 통신 시간과 순차 신호 처리 과정에서의 시간이 발생하며, 도 5에 도시된 바와 같이 드웰 신호 처리 시간을 개선시키면, 각 버스트의 신호 처리가 병렬로 처리될 수 있고 신호 처리 과정에서의 통신 시간도 N배에 근사하여 개선된다.Among the features of the present invention, the real-time improvement part has the advantage of greatly securing the dwell signal processing time by allocating several bursts in one dwell signal processing. This indicates that when N bursts are used, N times the signal processing time can be secured compared to the prior art. Each step of the signal processing process shown in FIG. 4 is sequentially performed, and after each step, the signal is processed and data is transmitted through communication. Therefore, communication time and time in the sequential signal processing process occur, and if the dwell signal processing time is improved as shown in FIG. 5, the signal processing of each burst can be processed in parallel and the communication time in the signal processing process The improvement is approximated to N times of FIG.

본 발명의 특징 중 정확도를 개선시키는 부분은 N개의 버스트 각각에 독립성을 갖는 송신 신호를 할당하여 운용함으로써, 표적에 독립적인 RCS(radar cross section) 특성을 갖도록 하고, 독립적 특성의 탐지 표적 N개를 조합하여 드웰 신호처리 함으로써 개선된 측정 정확도를 갖는 하나의 플롯을 얻는 방식이다.Among the features of the present invention, the accuracy improvement part is to allocate and operate an independent transmission signal to each of the N bursts, so that it has a radar cross section (RCS) characteristic independent of the target, and N detection targets of the independent characteristic It is a method to obtain a single plot with improved measurement accuracy by combining dwell signal processing.

본 발명은 탐색 능동빔 운용 시에 상대적으로 우수한 정확도 표적 정보를 제공해주고, 이를 기반으로 자원 관리부(140)에 추적 전환 빔을 요청함으로써, 상대적으로 우수한 추적 전환 능력을 제공할 수 있다. 추적빔 운용시에는 추적부(130)에 상대적으로 우수한 정확도의 표적 정보를 입력시켜 최종적으로 개선된 추적 정확도를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide relatively excellent tracking switching capability by providing relatively excellent accuracy target information when operating the search active beam and requesting the tracking switching beam to the resource management unit 140 based on this. When the tracking beam is operated, target information with relatively high accuracy is input to the tracking unit 130 to provide finally improved tracking accuracy.

능동빔 추적 정확도를 향상시키기 위해서는 추적 재방문 주기를 최소화시켜서 추적부(130)의 입력으로 넣어야 하고, 추적 재방문 주기의 최소화를 통해 추적부(130) 출력의 정확도를 향상시켜야 한다. 하지만, 신호 처리 및 데이터 처리 지연에 의해 성능 제한이 발생하는 단점이 있다. 그러나, 본 발명은 추적부(130)의 입력으로 들어가는 표적 측정값의 측정 정확도를 크게 향상시켜 입력시킴으로써 추적부(130)의 출력 성능에 대한 정확도를 개선시키는 효과를 갖는다.In order to improve active beam tracking accuracy, the tracking revisit period should be minimized and input to the tracking unit 130 , and the accuracy of the output of the tracking unit 130 should be improved by minimizing the tracking revisit period. However, there is a disadvantage in that performance is limited due to signal processing and data processing delay. However, the present invention has the effect of improving the accuracy of the output performance of the tracking unit 130 by greatly improving the measurement accuracy of the target measurement value that is input to the tracking unit 130 .

그러면, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 과정의 성능에 대하여 설명한다.Then, the performance of the signal processing process of the active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7 .

도 6은 종래의 능동 위상 배열 레이다의 능동빔 정확도를 설명하기 위한 도면으로, 도 6의 (a)는 거리에 따른 측정 에러를 나타내고, 도 6의 (b)는 거리에 따른 측정 정확도를 나타내며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동빔 정확도를 설명하기 위한 도면으로, 도 7의 (a)는 거리에 따른 측정 에러를 나타내고, 도 7의 (b)는 거리에 따른 측정 정확도를 나타낸다.6 is a view for explaining the accuracy of the active beam of the conventional active phased array radar, (a) of FIG. 6 shows the measurement error according to the distance, (b) of FIG. 6 shows the measurement accuracy according to the distance, 7 is a view for explaining active beam accuracy according to a preferred embodiment of the present invention, in which (a) of FIG. 7 shows a measurement error according to a distance, and (b) of FIG. 7 shows a measurement accuracy according to a distance .

본 발명에 따른 N개의 버스트 별 독립적인 신호 운용은 버스트별 독립적 표적 특성을 제공하여, 드웰 신호 처리 시 정확도 개선 효과를 발생시킨다. 독립적이지 않은 신호들로 운용하면, N개의 표적 특성이 유사하게 형성되어 정확도 개선효과가 없다.Independent signal operation for each N bursts according to the present invention provides an independent target characteristic for each burst, thereby generating an effect of improving accuracy during dwell signal processing. When operating with non-independent signals, N target characteristics are formed similarly, and there is no effect of improving accuracy.

따라서, 본 발명은 신호 대 잡음비(SNR)가 작은 원거리 표적부터 근거리 표적까지 폭넓게 정확도를 개선시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can improve accuracy in a wide range from a long-range target having a small signal-to-noise ratio (SNR) to a short-range target.

도 6은 도 2에 도시한 종래의 능동빔 운용 과정에 따른 추적부 입력단에서의 정확도를 모델링 및 시뮬레이션한 것이고, 도 7은 도 5에 도시한 본 발명의 능동빔 운용 과정에 따른 추적부 입력단에서의 정확도를 모델링 및 시뮬레이션한 것이다. 이때, 레이다 시스템의 하드웨어 사양에 따라 측정 에러 및 측정 정확도는 차이날 수 있으며, 도 6 및 도 7에 도시된 측정 에러와 측정 정확도는 특정 레이다 시스템의 하드웨어적 사용을 가정하고, 종래의 능동빔 운용 과정(도 2 참조)과 본 발명의 능동빔 운용 과정(도 5 참조) 사이의 에러 개선량에 의미를 두고 분석하였다.6 is a modeling and simulation of accuracy at the input terminal of the tracker according to the conventional active beam operation process shown in FIG. 2, and FIG. modeled and simulated the accuracy of At this time, the measurement error and measurement accuracy may be different depending on the hardware specification of the radar system, and the measurement error and measurement accuracy shown in FIGS. 6 and 7 assumes the hardware use of a specific radar system, and the conventional active beam operation The analysis was performed with significance on the amount of error improvement between the process (see FIG. 2 ) and the active beam operation process (see FIG. 5 ) of the present invention.

도 6의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 원거리로 갈수록 표적 반사 신호의 신호 대 잡음비(SNR)가 열화되어, 신호 대 잡음비(SNR)의 함수인 정확도는 에러량을 키우게 된다. 또한, 근거리에서는 Glint 료과로 인해 정확도 에러량이 증대된다.As shown in FIGS. 6 (a) and 7 (a), the signal-to-noise ratio (SNR) of the target reflected signal deteriorates as the distance increases, and the accuracy as a function of the signal-to-noise ratio (SNR) is an error will grow In addition, the amount of accuracy error increases due to Glint completion at close range.

도 6의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 측정 에러는 4개의 버스트를 사용함으로써 약 2배가 개선됨을 확인할 수 있다. 즉, 측정 에러는 버스트 N개 사용에 대해

Figure pat00001
배로 개선되게 된다.As shown in FIGS. 6A and 7A , it can be confirmed that the measurement error of the present invention is improved by about 2 times by using 4 bursts. That is, the measurement error is for the use of N bursts.
Figure pat00001
will be improved by boat.

도 6의 (b) 및 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 추적부 출력단의 정확도 개선량은 추적 필터의 설계와 최적화 정도에 따라 다르지만, 일반적으로 추적부 입력단의 정확도 대비 ½ 배정도 개선됨을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 6 (b) and 7 (b), the amount of improvement in the accuracy of the output stage of the tracking unit varies depending on the design and optimization degree of the tracking filter, but in general, it is improved by ½ compared to the accuracy of the input stage of the tracking unit. can be checked

그러면, 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법에 대하여 설명한다.Then, a signal processing method of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 .

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a signal processing method of an active phased array radar according to a preferred embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 신호 처리 장치(100)는 제어 신호에 따라 능동빔을 송신한다(S110).Referring to FIG. 8 , the signal processing apparatus 100 transmits an active beam according to a control signal ( S110 ).

이후, 능동빔이 표적에서 반사되는 표적 반사 신호를 수신하면(S120), 신호 처리 장치(100)는 표적 반사 신호를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득한다(S130).Thereafter, when the active beam receives the target reflection signal reflected from the target ( S120 ), the signal processing apparatus 100 acquires target detection information in dwell units based on the target reflection signal ( S130 ).

즉, 신호 처리 장치(100)는 복수개의 버스트 각각에 대해 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 획득한 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득할 수 있다. 이때, 신호 처리 장치(100)는 수신한 표적 반사 신호를 중간 주파수(IF)로 변환하고, 중간 주파수를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 그리고, 신호 처리 장치(100)는 디지털 신호를 미리 설정된 알고리즘에 따라 버스트 단위로 처리하여 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 버스트별로 획득한 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 드웰 단위의 표적 탐지 정보를 획득할 수 있다.That is, the signal processing apparatus 100 may acquire sub-target detection information for each of a plurality of bursts, and may acquire target detection information in units of dwell based on the acquired plurality of sub-target detection information. In this case, the signal processing apparatus 100 may convert the received target reflected signal into an intermediate frequency (IF) and convert the intermediate frequency into a digital signal. In addition, the signal processing apparatus 100 processes the digital signal in burst units according to a preset algorithm to obtain sub-target detection information, and based on a plurality of sub-target detection information acquired for each burst, target detection information in dwell units can be obtained

예컨대, 신호 처리 장치(100)는 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 평균하여 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득할 수 있다. 또한, 신호 처리 장치(100)는 신호 대 잡음비(SNR)를 기준으로, 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 가중합하여 표적 탐지 정보를 드웰 단위로 획득할 수 있다. 즉, 신호 처리 장치(100)는 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 신호 대 잡음비(SNR)를 기준으로 정렬하고, 정렬된 복수개의 서브 표적 탐지 정보를 미리 설정된 기준에 따라 가중합하여 표적 탐지 정보를 획득할 수 있다.For example, the signal processing apparatus 100 may obtain target detection information in units of dwell by averaging a plurality of sub-target detection information. Also, the signal processing apparatus 100 may obtain target detection information in units of dwell by weighting and summing a plurality of sub-target detection information based on a signal-to-noise ratio (SNR). That is, the signal processing apparatus 100 aligns a plurality of sub-target detection information based on a signal-to-noise ratio (SNR), and weight-sums the aligned plurality of sub-target detection information according to a preset criterion to obtain target detection information. can

그런 다음, 신호 처리 장치(100)는 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 추적 정보를 드웰 단위로 획득한다(S140).Then, the signal processing apparatus 100 acquires target tracking information in units of dwell based on the target detection information ( S140 ).

그리고, 신호 처리 장치(100)는 표적 추적 정보를 기반으로 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 획득한다(S150).Then, the signal processing apparatus 100 allocates an active beam resource based on the target tracking information and obtains a control command (S150).

그런 다음, 신호 처리 장치(100)는 제어 명령을 기반으로 드웰 단위로 제어 신호를 획득한다(S160).Then, the signal processing apparatus 100 acquires a control signal in units of dwell units based on the control command ( S160 ).

위와 같이, 본 발명은 능동 위상 배열 레이다의 정확도 향상을 위해 하나의 능동 추적빔(능동 추적용 드웰) 내에 다수개의 버스트를 포함시키고, 각 버스트 마다 독립적인 특성의 송신 신호를 할당하여 운용한 뒤, 드웰 신호 처리단에서 다수개의 버스트를 통해 탐지된 플롯 정보를 적절히 조합해 한번 더 신호 처리함으로써 하나의 높은 정확도의 탐지 신호를 얻어내는 방식이다.As described above, the present invention includes a plurality of bursts in one active tracking beam (dwell for active tracking) in order to improve the accuracy of the active phased array radar, and allocates and operates a transmission signal of an independent characteristic for each burst, It is a method to obtain a single high-accuracy detection signal by appropriately combining the plot information detected through multiple bursts at the dwell signal processing stage and processing the signal once more.

이에 따라, 본 발명은 하나의 드웰 신호 처리에서 여러 버스트의 할당으로 드웰 신호 처리 시간을 크게 확보함으로써 신호 처리의 실시간성을 개선시킬 수 있다.Accordingly, the present invention can improve the real-time of signal processing by securing a large dwell signal processing time by allocating multiple bursts in one dwell signal processing.

또한, 본 발명은 N개의 각 버스트에 독립적인 송신 신호를 운용하고, 버스트별로 측정된 탐지 플롯들로부터 드웰 신호 처리를 수행함으로써 정확도를 개선시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve accuracy by operating an independent transmission signal for each N bursts and performing dwell signal processing from detection plots measured for each burst.

정확도 성능을 향상시키기 위해서는 표적 반사 신호의 품질을 좋게 하거나, 추적 주기 재방문 시간을 단축시켜, 짧은 시간동안 변화되는 표적 신호의 특성을 가능한 많이 추적부 입력으로 넣어줌으로써, 추적부 출력의 품질을 향상시켜야 한다. 본 발명은 하드웨어적 부담증가 없이, 효율적으로 정확도를 개선시키는 효과를 제공한다. 아울러, 본 발명은 다양한 분야(사격 통제 레이다, 차량용 레이다, 근거리 추적 레이다 등)에 적용되어 탐지한 표적의 정확도 및 표적 정보의 정확도를 개선하는데 사용될 수 있다.In order to improve the accuracy performance, improve the quality of the target reflection signal or shorten the revisit time of the tracking cycle, and improve the quality of the output of the tracker by putting as much of the characteristics of the target signal that is changed for a short time into the input of the tracker. have to do The present invention provides the effect of efficiently improving the accuracy without increasing the hardware burden. In addition, the present invention can be applied to various fields (fire control radar, vehicle radar, short-range tracking radar, etc.) to improve the accuracy of the detected target and the accuracy of target information.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.Even if all the components constituting the embodiment of the present invention described above are described as being combined or operated in combination, the present invention is not necessarily limited to this embodiment. That is, within the scope of the object of the present invention, all the components may operate by selectively combining one or more. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components are selectively combined to perform some or all functions of the combined components in one or a plurality of hardware program modules It may be implemented as a computer program having In addition, such a computer program is stored in a computer readable media such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., read and executed by the computer, thereby implementing the embodiment of the present invention. The computer program recording medium may include a magnetic recording medium, an optical recording medium, and the like.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes and substitutions are possible within the scope that does not depart from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are for explaining, not limiting, the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 신호 처리 장치,
110 : 레이다 수신부,
120 : 신호 처리부,
130 : 추적부,
140 : 자원 관리부,
150 : 레이다 제어부,
160 : 레이다 송신부
100: signal processing unit,
110: radar receiver,
120: signal processing unit,
130: tracking unit;
140: resource management department;
150: radar control unit;
160: radar transmitter

Claims (13)

제어 신호에 따라 능동빔을 송신하는 레이다 송신부;
상기 레이다 송신부를 통해 송신된 상기 능동빔이 표적에서 반사되는 표적 반사 신호를 수신하는 레이다 수신부;
상기 레이다 수신부를 통해 수신된 상기 표적 반사 신호를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰(dwell) 단위로 획득하는 신호 처리부;
상기 신호 처리부를 통해 획득된 상기 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 추적 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 추적부;
상기 추적부를 통해 획득된 상기 표적 추적 정보를 기반으로 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 획득하는 자원 관리부; 및
상기 자원 관리부를 통해 획득된 상기 제어 명령을 기반으로 상기 드웰 단위로 상기 제어 신호를 획득하고, 획득한 상기 제어 신호를 상기 레이다 송신부에 제공하는 레이다 제어부;
를 포함하며,
하나의 상기 드웰은,
서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함하고,
상기 신호 처리부는,
복수개의 상기 버스트 각각에 대해 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 획득한 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
a radar transmitter for transmitting an active beam according to a control signal;
a radar receiver for receiving a target reflection signal in which the active beam transmitted through the radar transmitter is reflected from a target;
a signal processing unit for acquiring target detection information in dwell units based on the target reflection signal received through the radar receiving unit;
a tracking unit configured to acquire target tracking information in units of the dwell based on the target detection information acquired through the signal processing unit;
a resource management unit for allocating active beam resources based on the target tracking information acquired through the tracking unit and obtaining a control command; and
a radar control unit for obtaining the control signal in the dwell unit based on the control command obtained through the resource management unit, and providing the obtained control signal to the radar transmission unit;
includes,
One said dwell,
including a plurality of bursts to which transmission signals independent of each other are allocated,
The signal processing unit,
acquiring sub-target detection information for each of the plurality of bursts, and acquiring the target detection information in units of the dwell based on the acquired plurality of sub-target detection information,
Signal processing unit for active phased array radar.
제1항에서,
상기 버스트는,
독립적인 코드 변조를 송신 파형에 사용하는 방법, 안테나의 독립적인 편파 특성을 사용하는 방법, 독립적인 주파수 신호를 이용하는 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 독립적인 송신 신호가 할당되는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 1,
The burst is
Independent transmission signals are allocated using at least one of a method using independent code modulation for a transmission waveform, a method using an independent polarization characteristic of an antenna, and a method using an independent frequency signal,
Signal processing unit for active phased array radar.
제1항에서,
상기 신호 처리부는,
복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 평균하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 1,
The signal processing unit,
Obtaining the target detection information in units of the dwell by averaging the plurality of sub-target detection information,
Signal processing unit for active phased array radar.
제1항에서,
상기 신호 처리부는,
신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 기준으로, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 가중합하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 1,
The signal processing unit,
Acquiring the target detection information in units of the dwell by weighting and summing a plurality of the sub-target detection information based on a signal to noise ratio (SNR),
Signal processing unit for active phased array radar.
제4항에서,
상기 신호 처리부는,
복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 신호 대 잡음비(SNR)를 기준으로 정렬하고, 정렬된 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 미리 설정된 기준에 따라 가중합하여 상기 표적 탐지 정보를 획득하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 4,
The signal processing unit,
Sorting the plurality of sub-target detection information based on a signal-to-noise ratio (SNR), and weighting summing the aligned plurality of sub-target detection information according to a preset criterion to obtain the target detection information,
Signal processing unit for active phased array radar.
제1항에서,
상기 표적 탐지 정보는,
표적에 대한 거리, 속도, 방위각 및 고각을 포함하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 1,
The target detection information is
including distance, velocity, azimuth and elevation relative to the target;
Signal processing unit for active phased array radar.
제1항에서,
상기 레이다 수신부는,
수신한 상기 표적 반사 신호를 중간 주파수(intermediate frequency, IF)로 변환하고, 상기 중간 주파수를 디지털 신호로 변환하며, 변환한 상기 디지털 신호를 상기 신호 처리부에 제공하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 1,
The radar receiver,
Converting the received target reflected signal to an intermediate frequency (intermediate frequency, IF), converting the intermediate frequency into a digital signal, and providing the converted digital signal to the signal processing unit,
Signal processing unit for active phased array radar.
제7항에서,
상기 신호 처리부는,
상기 디지털 신호를 미리 설정된 알고리즘에 따라 상기 버스트 단위로 처리하여 상기 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 상기 버스트별로 획득한 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 상기 드웰 단위의 상기 표적 탐지 정보를 획득하는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 장치.
In claim 7,
The signal processing unit,
Obtaining the sub-target detection information by processing the digital signal in the burst unit according to a preset algorithm, and acquiring the target detection information in the dwell unit based on the plurality of sub-target detection information acquired for each burst ,
Signal processing unit for active phased array radar.
제어 신호에 따라 능동빔을 송신하는 단계;
상기 능동빔이 표적에서 반사되는 표적 반사 신호를 수신하는 단게;
상기 표적 반사 신호를 기반으로 표적 탐지 정보를 드웰(dwell) 단위로 획득하는 단계;
상기 표적 탐지 정보를 기반으로 표적 추적 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 단계;
상기 표적 추적 정보를 기반으로 능동빔 자원을 할당하고 제어 명령을 획득하는 단계; 및
상기 제어 명령을 기반으로 상기 드웰 단위로 상기 제어 신호를 획득하는 단계;
를 포함하며,
하나의 상기 드웰은,
서로 독립적인 송신 신호가 할당되는 복수개의 버스트(burst)를 포함하고,
상기 표적 탐지 정보 획득 단계는,
복수개의 상기 버스트 각각에 대해 서브 표적 탐지 정보를 획득하고, 획득한 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 기반으로 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 것으로 이루어지는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법.
transmitting the active beam according to the control signal;
receiving a target reflection signal by which the active beam is reflected from the target;
acquiring target detection information in dwell units based on the target reflection signal;
acquiring target tracking information in the dwell unit based on the target detection information;
allocating an active beam resource based on the target tracking information and obtaining a control command; and
acquiring the control signal in the dwell unit based on the control command;
includes,
One said dwell,
including a plurality of bursts to which transmission signals independent of each other are allocated,
The target detection information acquisition step includes:
Obtaining sub-target detection information for each of the plurality of bursts, and acquiring the target detection information in units of the dwell based on the acquired plurality of sub-target detection information,
Signal processing method of active phased array radar.
제9항에서,
상기 버스트는,
독립적인 코드 변조를 송신 파형에 사용하는 방법, 안테나의 독립적인 편파 특성을 사용하는 방법, 독립적인 주파수 신호를 이용하는 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여, 독립적인 송신 신호가 할당되는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법.
In claim 9,
The burst is
Independent transmission signals are allocated using at least one of a method using independent code modulation for a transmission waveform, a method using an independent polarization characteristic of an antenna, and a method using an independent frequency signal,
Signal processing method of active phased array radar.
제9항에서,
상기 표적 탐지 정보 획득 단계는,
복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 평균하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 것으로 이루어지는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법.
In claim 9,
The target detection information acquisition step includes:
Comprising of averaging the plurality of sub-target detection information to obtain the target detection information in units of the dwell,
Signal processing method of active phased array radar.
제9항에서,
상기 표적 탐지 정보 획득 단계는,
신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 기준으로, 복수개의 상기 서브 표적 탐지 정보를 가중합하여 상기 표적 탐지 정보를 상기 드웰 단위로 획득하는 것으로 이루어지는,
능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법.
In claim 9,
The target detection information acquisition step includes:
Based on a signal to noise ratio (SNR), weighted summing the plurality of sub-target detection information to obtain the target detection information in units of the dwell,
Signal processing method of active phased array radar.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 능동 위상 배열 레이다의 신호 처리 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
A computer program stored in a computer-readable recording medium for executing the signal processing method of the active phased array radar according to any one of claims 9 to 12 in a computer.
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