KR970003698B1 - 다중 표적 환경에서의 검파기 및 그 방법 - Google Patents

다중 표적 환경에서의 검파기 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

요약없음

Description

다중 표적 환경에서의 검파기 및 그 방법
제1도는 종래의 GCMLD 검파기의 블럭구성도,
제2도는 GCMLD에서 사용하는 간섭 표적신호 제거 방법에 대한 처리 흐름도,
제3도는 본 발명에 따른 AMLD의 블럭도,
제4도는 본 발명에 따른 AMLD 처리 방법에 대한 흐름도,
제5도는 기준창내에 2개의 간섭 표적이 존재하는 경우 AMLD와 기존의 방법인 GCMLD의 검파율 비교예시도,
제6도는 기준창내에 4개의 간섭 표적이 존재하는 경우 AMLD와 기존의 방법인 GCMLD의 검파율 비교예시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
301 : 자승 검파기302,305,307 : 저장부
303 : 리딩 윈도우304 : 래딩 윈도우
306 : 소터308 : 계수함수연산부
309 : 배경 레벨 추정치 계산부310 : 비교기
311 : 추정회로부312 : 계수선정부
313 : 곱셈기
본 발명은 다중 표적 환경에서 간섭신호의 영향을 받지 않고, 표적신호를 검파하기 위한 레이다 검파기법의 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파기 및 그 방법에 관한 것이다.
다중 표적환경에서는 타겟 캡춰링(target capturing)이 발생하기 때문에 이 효과를 최소한으로 줄이려는 연구가 많이 진행되고 있다. 간섭신호의 영향을 제거하기 위하여 기준창내의 샘플값을 소팅(sorting)한 후 높은 쪽에 위치한 간섭신호를 제거한다.
제1도는 기존의 GCMLD(Generalized Censored Mean Level Detector)의 블럭도이다.
도면에서 11은 자승 검파기, 12는 리딩 윈도우, 13은 시험셀의 값을 저장하는 테스트 셀, 14는 래깅 윈도우, 15는 크기순으로 소팅하는 소터, 16은 소팅된 값을 저장하는 센서링 프로시져, 17은 각 윈도우별로 배경 레벨의 값을 추정하는 윈도우 배경 레벨 추정치 계산부(Z1 : 래깅 윈도우에서의 배경 레벨 추정값, Z2 : 리딩 윈도우에서의 배경 레벨 추정값), 18은 GCMLD 배경 레벨 추정치 계산부, 19는 오경보율을 일정하게 유지하기 위하여 오경보율에 대한 식(즉, 후술할 식(4)에서 간섭 표적이 없는 균질환경 N(PDI)=0이고, 모든 I(i)=0인 경우)으로부터 통계적으로 T값을 곱하는 멀티플라이어(Multiplier) 곱셈기, 20은 시험셀과 배경 레벨의 문턱치를 비교하여 목표물의 존재 여부를 결정하는 비교기를 각각 나타낸다.
도면에 도시한 바와 같이 종래의 GCMLD는, 자승 검파기를 통과한 입력신호가 배경 레벨을 추출하기 위해 사용되는 기준창에 저장된다. 간섭신호를 추정하기 위하여 기준창의 좌우에 있는 리딩 윈도우(leading window)와 래깅 윈도우(lagging window)의 샘플데이타를 각각 별도로 소팅하여 각 윈도우별로 간섭 표적의 수를 산출하여 이의 샘플데이타를 제거하고, 나머지 데이타의 합으로 배경 레벨을 추정한다.
제2도는 종래 GCMLD의 센서링 방법에 대한 처리 흐름도이다.
카운터의 값을 초기화한 후 카운터 값을 1만큼씩 증가시키면서 크기가 가장 작은 k개의 값을 더한다.
각 윈도우별로 간섭신호의 수가 M-k라고 가정한 상태에서 문턱치 계수(Tk)를 구한 다음 문턱치(Tksk)를 구한다. 그리고, 간섭신호의 수가 진실로 M-k인지를 시험하기 위하여 X(k+1)의 값과 문턱치(Tksk)를 비교한다. 만일 X(k+1)이 문턱치보다 크면 해당 윈도우에서의 간섭신호의 수를 M-k로 판정하고, 그 반대인 경우에는 카운터 k를 1 중가시키고 같은 동작을 계속한다. 카운터의 값이 M이 될 때까지 반복되면 간섭신호의 수는 0으로 판정된다.
따라서, 상기와 같은 종래 기술보다 간섭신호를 더욱 정확하게 예측하여 이의 영향을 덜 받고, 또한 검파확률을 향상시키며, 계산량이 적은 다중 표적 환경에서의 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파기(AMLD) 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명을 이루는 장치의 구성은, 자승 검파수단, 리딩 윈도우, 제1저장수단, 래깅 윈도우, 소팅수단, 제2저장수단, 곱셈수단, 비교수단을 구비하는 검파기에 있어서, 상기 자승 검파수단의 검파 출력의 프리시험셀의 값을 저장하는 제3저장수단; 상기 제2저장수단의 출력값을 입력으로 하여 간섭 표적의 수의 값에는 0을 배경 신호값에는 1을 곱하는 계수함수 연산수단; 상기 계수함수 연산수단의 각각의 출력값을 입력하고 계수를 입력받아 배경 레벨의 추정값을 연산 후 출력하는 배경 레벨 추정치 계산수단; 상기 곱셈수단과 상기 제1저장수단에 연결되어 시험셀의 값, 프리시험셀의 값, 그리고 문턱치를 이용하여 간섭 표적의 수를 추정하여 추정치 계수를 출력하는 추정수단; 및 상기 추정수단의 출력값 중에서 상기 배경 레벨의 추정치 계산수단으로 계수를 선정하여 전송하는 계수선정수단을 구비한다.
그리고, 본 발명을 이루기 위한 방법은, 초기값을 설정하여 간섭 표적의 수를 산정하고 기준창의 데이타를 크기순으로 소팅하는 제1단계; 상기 제1단계 수행 후, 간섭 표적의 수에 따라 문턱치의 계수를 산정하고 소팅된 데이타로부터 간섭 표적의 수만큼을 제외하고 배경 레벨 추정값을 계산하여 문턱치를 계산하는 제2단계; 상기 제2단계 수행 후, 리딩 윈도우와 래깅 윈도우의 상태 정보를 저장하고 있는 레지스터를 시프트시켜 목표물과 간섭 표적의 존재를 결정하고 동작을 계속하려면 리턴하고 아니면 종료하는 제3단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면 제3도 이하를 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 AMLD(Adaptive Mean Level Detector) 구조도로서도면에서 301은 자승 검파기, 302,305는 저장부, 303은 리딩 윈도우, 304는 래깅 윈도우, 306은 소터, 307은 저장부, 308은 계수함수 연산부, 309는 배경 레벨 추정치 계산부, 310은 비교기, 311은 추정회로부, 312는 계수선정부, 313은 곱셈기를 각각 나타낸다.
도면에 도시한 바와 같이 AMLD는, 넌 코히어런트 검파를 위하여 입력신호의 제곱을 취하는 자승 검파기(301), 상기 자승 검파기(301)의 검파출력의 프리시험셀의 값을 저장하는 저장부(302), 상기 저장부(302)의 출력값을 저장하는 리딩 윈도우(303), 상기 리딩 윈도우(303)의 출력값을 저장하는 시험셀 저장부(305), 상기 시험셀 저장부(305)의 출력값을 저장하는 래깅 윈도우(306), 상기 리딩 윈도우(303)와 래깅 윈도우(304)중 기준창의 츨력값을 크기순으로 소팅하는 소터(306), 상기 소터(306)의 소팅된 값을 저장하는 저장부(307), 상기 저장부(307)의 출력값을 입력으로 하여 간섭 표적의 수의 값에는 0을 배경 신호값에는 1을 곱하는 계수함수 연산부(308), 상기 계수함수 연산부(308)의 각각의 출력값을 입력하고 계수를 입력받아 배경 레벨의 추정값을 연산 후 출력하는 배경 레벨 추정치 계산부(309), 상기 배경 레벨 추정치 계산부(309)의 출력을 입력으로 하여 오경보율을 일정하게 유지시키기 위하여 T값을 곱하는 곱셈기(313), 상기 곱셈기(313)의 상기 저장부(302)에 연결되어 시험셀의 값, 프리시험셀의 값, 그리고 문턱치를 이용하여 간섭 표적의 수를 추정하여 추정치 계수를 출력하는 추정회로부(311), 상기 추정회로부(311)의 출력값 중에서 상기 배경 레벨의 추정치 계산부(309)로 계수를 선정하여 전송하는 계수 선정부(312), 상기 저장부(305)와 상기 곱셈기(313)의 출력값인 시험셀의 값과 문턱치를 비교하여 목표물 존재 여부 판정 신호를 출력하는 비교기(310)를 구비한다.
상기 구성에 대한 작용 효과를 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에서는 기준창내에 있는 간섭신호를 제거하기 위하여 각 배경신호의 상태를 나타내는 정보를 이용한다. 이 상태정보를 이용하는 것이 본 발명의 주요 착안점이다. 기준창은 리딩 윈도우와 래깅 윈도우로 나뉘어진다. 래깅 윈도우에 있는 각 셀의 상태정보는 추정된 문턱치(TZ/2)와 시험셀을 비교하면 쉽게 얻어진다. 그러나, 리딩 윈도우의 상태정보는 전통적인 구조로는 얻을 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 AMLD는 리딩 윈도우의 상태정보를 얻을 수 있도록 구조를 정한다. 지금까지의 CFAR 처리기와 달리 AMLD는 2개의 시험셀을 가진다. 즉, 기존의 시험셀 외에 프리시험셀이라고 하는 시험셀을 두는데, 이 값은 다음번에 기준창에 들어갈 값이다. AMLD에서 간섭 표적의 수를 추정하기 위하여 프리시험셀과 시험셀 모두 추정된 문턱치(TZ/2)와 비교하여 PDI(post detection integrator)에 저장된다. 만일 시험셀의 값이 TZ/2 보다 크면 upper_PDI에 1이 저장되고, 그렇지 않으면 0이 저장된다. 프리시험셀의 경우도 저장되는 위치가 lower_PDI임을 제외하고는 이와 동일하다.
한편, 검파 및 오경보율을 비교하기 위하여 기준창이 전력레벨이 (1+I)/2인 N(PDI)개의 간섭 표적의 신호와 전력레벨이 1/2인 N-n(PDI)개의 잡음으로 구성되어 있다고 가정한다. 여기에서 N은 기준창의 크기를 나타낸다. 주어진 간섭 표적의 수에서 검파 및 오경보율에 대한 식은 AMLD가 간섭 표적의 수를 예측한 수의 평균으로 다음과 같이 얻는다.
여기에서,
이고, I(i)는 간섭 표적의 존재유무에 따라 1 또는 0이다. 이 경우 GOS(Generalized Order Statistics) 필터의 계수는 다음과 같이 선택한다.
또한, AMLD와 GCMLD의 계산량을 비교하기 위하여 여기에서는 간섭 표적의 수를 예측하는데 필요한 AMLD의 계산량을 구하고, 바카트(BARKAT)가 제안한 GCMLD와 비교한다. AMLD에서 간섭 표적의 수를 예측하는데는 2개의 시프트 레지스터, 합산기, 그리고 2개의 비교기가 필요하다. 표 1은 몇개의 간섭 표적이 존재하는 상황에서 계산량을 비교한 것이다. 이 표에서 마이너스 동작은 가산 동작(add operation)에 포함되었고, AMLD의 초기 가산 동작(add operation)의 수는 N이다.
[표 1]
GCMLD와 AMLD(N=2M)의 계산량
만일, 기준창의 크기가 24인 경우에 기준창내에 2개의 간섭 표적이 있는 경우 각각의 계산량은 다음과 같다.
GCMLD : 가산=19, 승산=20, 비교=20, 소트=96
AMLD : 가산=4, 승산=1, 비교=2, 소트=120
따라서, 실 상황에서 본 발명의 방법이 기존의 방법보다 계산량도 적음을 알 수 있다.
제3B도는 추정회로부의 상세도이다.
시험셀의 값은 문턱값 반분을 비교하여 리딩 윈도우내의 간섭 표적 추정치를 산출하고 프리시험셀의 값과 문턱값 반분을 비교하여 래깅 윈도우내의 간섭 표적 추정치를 산출한 값을 합산하여 기준창내의 간섭 표적 추정치를 출력한다.
제4도는 AMLD의 동작을 나타내는 흐름도이다.
우선, 초기값을 임의의 값(즉, 예상되는 간섭 표적의 수보다 큰 값이면 좋음)으로 설정한다(41).
간섭 표적의 수를 산정한다(42).
기준창의 데이타를 크기순으로 소팅한다(43).
간섭 표적의 수에 따라 문턱치의 계수를 산정한다(44).
소팅된 데이타로부터 간섭 표적의 수만큼을 제외하고 배경 레벨 추정값을 계산한다(45).
배경 레벨 추정치와 문턱치 계수를 이용하여 문턱치를 계산한다(46).
다음 동작을 위하여 리딩 윈도우와 래깅 윈도우의 상태 정보를 저장하고 있는 upper_PDI 및 lower_PDI레지스터를 1비트씩 오른쪽으로 시프트시킨다(47).
시험셀의 값이 문턱치보다 크면 목표물이 존재하고 그렇지 않으면 목표물이 존재하지 않는다고 판정한다(48).
다음에 간섭 표적의 수를 추정하기 위하여 시험셀의 값이 (문턱치/2)보다 크면 간섭신호가 존재하고, 그렇지 않으면 간섭신호가 존재하지 않는다고 판정한 후에 이 값을 upper_PDI 레지스터의 왼쪽값(PDI(M))에 저장한다. 또한, 프리시험셀의 값이 (문턱치/2)보다 크면 간섭신호가 존재하고 그렇지 않으면 간섭신호가 존재하지 않는다고 판정한 후에 이 값을 lower_PDI 레지스터의 왼쪽값(PDI(M))에 저장한다(49).
동작을 계속할런지를 판단하여 계속되면 리턴하고 아니면 종료한다(50).
제5도는 2개의 간섭 표적이 존재하는 경우의 검파확률 비교도이고, 제6도는 4개의 간섭 표적이 존재하는 경우의 검파확률 비교도로서, AMLD와 GCMLD의 성능을 비교하는 것으로서 가로축은 SNR[dB], 세로축은 검파확률을 나타낸다.
Pr[n(PDI)]는 수학적으로 얻기가 어렵기 때문에 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 이들의 성능을 비교한다. 이들 결과를 얻는데는 100,000번의 실험을 수행하였고, 기준창의 크기는 24로, 오경보율과 오센서링(false censoring) 확률은 모두 10-6으로 정하였다. 시뮬레이션에 사용되는 모든 데이터는 IMSL 통계 소프트웨어로부터 얻었다.
제5도는 기준창내에 2개의 간섭 표적이 존재하는 경우에 AMLD와 GCMLD의 성능을 비교한 것이다. 이 그림에서 GCMLD(0,2)는 리딩 윈도우나 래깅 윈도우중 어느 한쪽만 2개의 간섭 표적이 존재함을 의미하고, GCMLD(1,1)는 리딩 윈도우나, 래깅 윈도우에 각각 1개의 간섭 표적이 존재하는 경우이다. 한편 GOS(1,…,22)는 상황에서 이론적으로 얻을 수 있는 최대의 성능이다. 이 그림으로부터 우리는 AMLD는 GCMLD(1,1)보다 성능이 약간 우수하고, GCMLD(0,2)는 GCMLD(1,1)보다 성능이 나쁨을 알 수 있다.
제6도는 기준창내에 4개의 간섭 표적이 존재하는 경우에 AMLD와 GCMLD의 성능을 비교한 것이다. GOS(1,…20)는 이 상황에서 이론적으로 얻을 수 있는 최대의 성능이다. 이 그림으로부터 우리는 AMLD는 GCMLD보다 성능이 우수하고, 또한 GCMLD(0,4)는 GCMLD(2,2)보다도 성능이 나쁨을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같은 본 발명은 다중 표적 환경에서 간섭신호의 영향을 받지 않고 표적 신호를 검파하기 위한 레이다 검파 기법이므로 기존의 방법보다 계산량이 적으면서 동시에 검파율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 자승 검파수단(301), 리딩 윈도우(303), 제1저장수단(305), 래깅 윈도우(304), 소팅 수단(306), 제2저장수단(307), 곱셈수단(313), 비교수단(310)을 구비하는 검파기에 있어서, 상기 자승 검파수단(301)의 검파 출력의 프리시험셀의 값을 저장하는 제3저장수단(302); 상기 제2저장수단(307)의 출력값을 입력으로 하여 간섭 표적의 수의 값에는 0을 배경 신호값에는 1을 곱하는 계수함수 연산수단(308); 상기 계수함수 연산수단(308)의 각각의 출력값을 입력하고 계수를 입력받아 배경 레벨의 추정값을 연산 후 출력하는 배경 레벨 추정치 계산수단(309); 상기 곱셈수단(313)과 상기 제1저장수단(302)에 연결되어 시험셀의 값, 프리시험셀의 값, 그리고 문턱치를 이용하여 간섭 표적의 수를 추정하여 추정치 계수를 출력하는 추정수단(311); 및 상기 추정수단(311)의 출력값 중에서 상기 배경 레벨의 추정치 계산수단(309)으로 계수를 선정하여 전송하는 계수선정수단(312)을 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 환경에서의 검파기.
  2. 자승 검파수단(301), 제1저장수단(203), 리딩 윈도우(303), 제2저장수단(305), 래깅 윈도우(306), 소팅수단(306), 제3저장수단(307), 계수함수 연산수단(308), 배경 레벨 추정치 계산수단(309), 곱셈수단(313), 추정수단(311), 계수선정수단(312), 및 비교수단(310)을 구비하는 다중 표적 환경에서의 검파기에 적용되는 검파방법에 있어서, 초기값을 설정하여 간섭 표적의 수를 산정하고 기준창의 데이타를 크기순으로 소팅하는 제1단계(41 내지 43); 상기 제1단계(41 내지 43) 수행 후, 간섭 표적의 수에 따라 문턱치의 계수를 산정하고 소팅된 데이타로부터 간섭 표적의 수만큼 제외하고 배경 레벨 추정값을 계산하여 문턱치를 계산하는 제2단계(44 내지 46); 상기 제2단계(44 내지 46) 수행 후, 리딩 윈도우와 래깅 윈도우의 상태 정보를 저장하고 있는 레지스터를 시프트시켜 목표물과 간섭 표적의 존재를 결정하고 동작을 계속하려면 리턴하고 아니면 종료하는 제3단계(47 내지 50)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 표적 환경에서의 검파 방법.
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