[go: up one dir, main page]

KR102207003B1 - 해상 표적 탐지 방법 - Google Patents

해상 표적 탐지 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102207003B1
KR102207003B1 KR1020190107527A KR20190107527A KR102207003B1 KR 102207003 B1 KR102207003 B1 KR 102207003B1 KR 1020190107527 A KR1020190107527 A KR 1020190107527A KR 20190107527 A KR20190107527 A KR 20190107527A KR 102207003 B1 KR102207003 B1 KR 102207003B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radar signal
target
signal
value
moving speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020190107527A
Other languages
English (en)
Inventor
전현무
양우용
김경태
이명준
Original Assignee
한화시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화시스템 주식회사 filed Critical 한화시스템 주식회사
Priority to KR1020190107527A priority Critical patent/KR102207003B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102207003B1 publication Critical patent/KR102207003B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G01S7/2923—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods
    • G01S7/2927—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods by deriving and controlling a threshold value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 해상 표적 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수면 위에 존재하는 표적을 탐지하기 위한 해상 표적 탐지 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정, 상기 레이더 신호의 세기 정보 및 이동 속도 정보를 모두 반영하는 특징 벡터를 생성하는 과정 및 상기 특징 벡터를 상기 탐지 영역 내에서 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정을 포함한다.

Description

해상 표적 탐지 방법{METHOD FOR DETECTING MARITIME TARGET}
본 발명은 해상 표적 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수면 위에 존재하는 표적을 탐지하기 위한 해상 표적 탐지 방법에 관한 것이다.
레이더 시스템은 표적(target)을 탐지하기 위해 신호를 송신하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 수신 신호를 처리함으로써 표적을 탐지하는 시스템이다. 이때, 수신 신호에는 표적에 대한 신호뿐만 아니라 다양한 지형 지물에 의한 클러터(clutter) 신호가 포함된다. 이러한 클러터 신호로 인하여 어느 정도의 신호 세기에 대해 표적으로 인식해야 하는지가 레이더 탐지율의 관건이 된다.
일반적으로, 해수면 위에 존재하는 해상 표적을 탐지하기 위하여는 수신 신호로부터 추출된 특징 벡터가 이용된다. 이와 같이, 특징 벡터를 이용하여 해상 표적을 탐지하는 기법으로는 프랙탈(fractal) 기법, 경험적 모드 분해(EMD; Empirical Mode Decomposition) 기법, 신경망 회로(RBF-NN; Radial Basis Function-Neural Network) 기법, 일정 오경보율(CFAR; Constant False Alarm Rate) 기법 등이 있다.
여기서, 프랙탈 기법, 경험적 모드 분해 기법, 신경망 회로 기법 등은 시간축 방향의 수신 신호를 이용하여 해상 표적을 탐지하는 기법으로, 특징 벡터를 추출하기 위하여 긴 측정 시간을 필요로 한다. 그러나, 다기능 레이더를 포함하는 최신의 레이더 시스템에서는 해상 신호의 측정 시간을 짧게 지정하여, 다양한 기능을 실시간으로 수행하는 것을 목표로 하고 있다. 이에, 시간축 수신 신호를 이용하여 해상 표적을 탐지하는 기법은 짧은 측정 시간을 요구하는 해상 표적의 탐지에는 적합하지 않은 문제점이 있었다.
한편, 일정 오경보율 기법은 거리축 방향의 수신 신호를 이용하여 해상 표적을 탐지한다. 그러나, 일정 오경보율 기법은 해상 환경에서 레이더 시스템이 요구하는 오경보율을 만족하기 어려운 문제점이 있었다. 즉, 해상 환경에서 클러터 신호는 일반적으로 매우 큰 신호 세기를 가지기 때문에, 클러터 신호가 해상 표적으로 오인되어 레이더 시스템의 오경보율이 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.
KR 10-2015-0131779 A
본 발명은 해상 환경에서 클러터 신호와 표적 신호를 효과적으로 구분하여 해상 표적의 탐지율을 향상시킬 수 있는 해상 표적 탐지 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 상기 레이더 신호의 세기 정보 및 이동 속도 정보를 모두 반영하는 특징 벡터를 생성하는 과정; 및 상기 특징 벡터를 상기 탐지 영역 내에서 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정;을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 상기 레이더 신호의 세기 정보를 포함하는 제1 벡터를 생성하는 과정; 상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 포함하는 제2 벡터를 생성하는 과정; 상기 제1 벡터와 제2 벡터를 곱하여 특징 벡터를 생성하는 과정; 및 상기 특징 벡터를 상기 탐지 영역 내에서 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 상기 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정; 상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정; 상기 레이더 신호의 세기 정보 및 이동 속도 정보를 모두 반영하는 특징 벡터를 생성하는 과정; 및 상기 특징 벡터를 일정 오경보율(CFAR) 기법의 적용을 위하여 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정은, 상기 탐지 영역 내의 거리에 따른 상기 레이더 신호의 세기 값을 획득할 수 있다.
상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정은, 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정; 및 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정은, 상기 탐지 영역을 거리에 따라 복수 개로 분할할 수 있다.
상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은, 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 도플러 스펙트럼을 생성하는 과정; 및 상기 생성된 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 동일하게 조정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은, 상기 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정; 상기 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 탐지 영역 전체에서 상기 레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정; 및 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 오차를 제곱하여 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 특징 벡터를 생성하는 과정은, 상기 탐지 영역 내의 거리에 따른 상기 레이더 신호의 세기 값에 상기 분할된 탐지 영역별로 연산된 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 곱하여 상기 특징 벡터를 생성할 수 있다.
상기 표적을 검출하는 과정은, 상기 특징 벡터의 크기가 상기 임계치보다 큰 레이더 신호를 표적으로부터 반사되는 레이더 신호로 판정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 기록 매체는 전술한 어느 하나의 해상 표적 탐지 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록 매체일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법에 의하면, 상대적으로 큰 세기 값을 가지는 클러터 신호가 존재하는 해상 환경에서 표적의 탐지 확률을 향상시킬 수 있다.
즉, 표적으로부터 반사되는 신호의 세기가 클러터로부터 반사되는 신호의 세기와 다르게 나타나는 세기 정보에 따른 특징과, 표적의 이동 속도가 클러터의 이동 속도와 다르게 나타나는 이동 속도 정보에 따른 특징을 모두 반영한 특징 벡터를 이용하여 표적을 탐지함으로써, 표적 신호와 클러터 신호 간의 전력비를 증가시키고 오경보율을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 수신된 레이더 신호로부터 세기 정보와 이동 속도 정보를 획득하는 개념을 나타내는 도면.
도 3은 수신된 레이더 신호로부터 획득된 세기 정보를 나타내는 도면.
도 4는 분할된 탐지 영역 별로 도플러 스펙트럼을 생성하는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 6은 도플러 스펙트럼으로부터 이동 속도 값을 산출하는 모습을 나타내는 도면.
도 7은 수신된 레이더 신호로부터 획득된 이동 속도 정보를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 특징 벡터를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법의 성능을 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 수신된 레이더 신호로부터 세기 정보와 이동 속도 정보를 획득하는 개념을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정, 상기 레이더 신호의 세기 정보 및 이동 속도 정보를 모두 반영하는 특징 벡터를 생성하는 과정 및 상기 특징 벡터를 상기 탐지 영역 내에서 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정을 포함한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정, 상기 레이더 신호의 세기 정보를 포함하는 제1 벡터를 생성하는 과정, 상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 포함하는 제2 벡터를 생성하는 과정, 상기 제1 벡터와 제2 벡터를 곱하여 특징 벡터를 생성하는 과정 및 상기 특징 벡터를 상기 탐지 영역 내에서 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정을 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정(S100), 상기 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정(S200), 상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정(S300), 상기 레이더 신호의 세기 정보 및 이동 속도 정보를 모두 반영하는 특징 벡터를 생성하는 과정(S400) 및 상기 특징 벡터를 일정 오경보율(CFAR; Constant False Alarm Rate) 기법의 적용을 위하여 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정(S500)을 포함할 수 있다.
레이더 신호를 수신하는 과정(S100)은 해상 표적의 탐지를 위한 탐지 영역 내에서 표적 신호와 클러터(clutter) 신호를 포함하는 레이더 신호를 수신한다. 여기서, 표적 신호는 송신된 신호가 표적으로부터 반사된 신호를 의미하고, 클러터 신호는 송신된 신호가 표적이 아닌 다양한 지형 지물로부터 반사된 신호를 의미한다. 레이더 신호는 다중 펄스(pulse) 신호를 포함할 수 있으며, 수신된 레이더 신호는 탐지 영역 내의 거리 및 레이더 신호가 수신되는 시간에 따라 변화하는 세기(amplitude) 값을 가진다.
도 3은 수신된 레이더 신호로부터 획득된 세기 정보를 나타내는 도면이다. 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정(S200)은 탐지 영역 내의 거리에 따른 레이더 신호의 세기 정보를 획득한다. 레이더 신호의 세기 정보는 탐지 영역 내의 거리에 따른 레이더 신호의 전력 값을 포함할 수 있으며, 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정(S200)에서는 짧은 시간 동안 수신되는 다중 펄스의 레이더 신호를 수신하고, 탐지 영역 내의 거리에 따라 수신된 레이더 신호의 세기 값을 제1 벡터로 생성하게 된다.
일반적으로, 일정 오경보율(CFAR; Constant False Alarm Rate) 기법에서는 레이더 신호의 세기 정보만을 임계값과 비교하여 표적을 탐지한다. 그러나, 해상 클러터 신호의 경우 일반적으로 매우 큰 세기 값을 가지므로, 레이더 신호의 세기 정보만을 임계값과 비교하는 경우 해상 클러터 신호를 표적으로 오인하여 레이더 시스템의 오경보율이 급격하게 증가하게 된다.
이에, 본 발명의 실시 예에서는 레이더 신호의 세기 정보뿐만 아니라 레이더 신호의 이동 속도 정보를 포함하는 레이더 신호의 특징 벡터를 생성하고, 생성된 특징 벡터를 일정 오경보율 기법의 임계값과 비교하여 표적을 탐지한다. 여기서, 특징 벡터는 표적 신호와 클러터 신호를 구분할 수 있는 레이더 신호의 특성을 나타내는 벡터로서, 거리에 따른 레이더 신호의 세기 값을 나타낸다. 해상 클러터 신호는 표적 신호와는 서로 다른 속도 성분을 가지기 때문에 레이더 신호의 이동 속도 정보를 특징 벡터에 반영하는 경우, 표적 신호에 대응하는 특징 벡터의 크기는 임계치보다 높아지게 되고, 클러터 신호에 대응하는 특징 벡터의 크기는 임계치보다 낮아지게 되어 탐지율을 비약적으로 향상시킬 수 있게 된다.
레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정(S300)은 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정 및 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정을 포함한다.
탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정은 레이더 신호가 수신되는 전체 탐지 영역을 탐지 영역 내의 거리에 따라 복수 개로 분할한다. 복수 개의 탐지 영역은 동일한 거리 간격으로 분할될 수 있으며, 각 탐지 영역 내의 거리 간격은 다양하게 설정될 수 있다.
이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은 탐지 영역 내의 거리에 따라 복수 개로 분할된 탐지 영역별로 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득한다. 이때, 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은 분할된 탐지 영역별로 레이더 신호의 도플러 스펙트럼을 생성하는 과정 및 생성된 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 동일하게 조정하는 과정을 포함할 수 있다.
도 4는 분할된 탐지 영역 별로 도플러 스펙트럼을 생성하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 분할된 탐지 영역 별로 도플러 스펙트럼을 생성하기 위하여는 먼저, 시간과 거리에 따른 수신 신호의 스펙트럼을 분할된 탐지 영역별로 푸리에 변환(Fourier Transform)한다. 이와 같은 푸리에 변환을 통하여 분할된 탐지 영역별로 레이더 신호의 이동 속도 값이 산출될 수 있다.
예를 들어, 4700 내지 4800 km의 거리 구간으로 분할된 탐지 영역 내에서 고속 푸리에 변환을 수행하는 경우, 확률 분포 함수(PDF; Probablity Distribution Function)에 나타난 바와 같이 해당 구간에서의 레이더 신호의 이동 속도 값은 약 3 m/s의 속도에서 피크 값을 가진다. 따라서, 4700 내지 4800 km의 거리 구간으로 분할된 탐지 영역 내의 레이더 신호의 이동 속도 값은 3 m/s로 산출될 수 있다.
또한, 5300 내지 5400 km의 거리 구간으로 분할된 탐지 영역 내에서 고속 푸리에 변환을 수행하는 경우, 확률 분포 함수로 나타난 바와 같이 해당 구간에서의 레이더 신호의 이동 속도 값은 약 4 m/s의 속도에서 피크 값을 가진다. 따라서, 5300 내지 5400 km의 거리 구간으로 분할된 탐지 영역 내의 레이더 신호의 이동 속도 값은 4 m/s로 산출될 수 있다.
이후, 이와 같이 산출된 레이더 신호의 이동 속도 값으로부터 도플러 스펙트럼을 생성한다.
도플러 효과(doppler effect)는 어떤 파동의 파동원과 관찰자의 상대 속도에 따라 진동수와 파장이 바뀌는 현상을 말한다. 도플러 효과에서 파동은 레이더 신호에 대응될 수 있으며, 파동원은 해상 표적 또는 파도 등과 같은 클러터에 대응될 수 있다. 또한, 관찰자는 레이더 신호를 수신하는 안테나 등에 대응될 수 있다. 레이더 신호의 도플러 스펙트럼을 생성하는 과정에서는 탐지 영역 내의 거리에 따른 도플러 주파수를 스펙트럼의 형태로 나타내는 도플러 스펙트럼을 생성한다.
이때, 생성된 도플러 스펙트럼은 분할된 탐지 영역별로 서로 다른 신호 전력을 가진다. 여기서, 신호 전력은 각 탐지 영역 내의 최대 신호 세기를 의미한다. 즉, 레이더 신호는 탐지 영역별 거리에 따라 수신되는 레이더 신호의 세기가 상이하게 되고, 이에 따라 각 탐지 영역은 도플러 스펙트럼에서 서로 다른 신호 전력으로 나타나게 된다.
레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정(S300)은 거리에 따라 변화하는 레이더 신호의 세기에 의한 영향을 배제하고, 표적의 이동 속도가 클러터의 이동 속도와 다르게 나타나는 이동 속도 정보만을 획득할 필요가 있다. 따라서, 거리에 따라 탐지 영역별로 상이하게 되는 신호 전력에 의한 영향을 최소화시키기 위하여, 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은 생성된 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 동일하게 조정하는 과정을 포함한다. 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 조정하는 과정에서는 분할된 탐지 영역이 가지는 레이더 신호의 가시선 방향으로의 속도 성분을 수신 신호의 전력에 상관없이 비교할 수 있도록, 도플러 스펙트럼의 전력 표준화가 수행된다. 즉, 생성된 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 동일하게 조정하는 과정에서는 각 탐지 영역 내의 최대 신호 세기를 의미하는 신호 전력이 전체 탐지 영역에 대하여 동일한 값을 가지도록 정규화시키고, 이에 의하여 거리에 따라 변화하는 레이더 신호의 세기에 의한 영향은 배제될 수 있다.
도 5는 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼을 나타내는 도면이고, 도 6은 도플러 스펙트럼으로부터 이동 속도 값을 산출하는 모습을 나타내는 도면이다.
전술한 바와 같이, 분할된 탐지 영역별로 생성된 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 동일하게 조정하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같은 도플러 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이때, 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정, 상기 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 탐지 영역 전체에서 상기 레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정 및 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 오차를 제곱하여 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하는 과정을 포함할 수 있다.
레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정은 도 5와 같이 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 산출한다. 도 6에서 적색의 그래프로 도시된 부분은 표적이 존재하는 약 5000m 거리의 탐지 영역 내에서 제1 평균 이동 속도 값이 산출된 모습을 나타낸다. 또한, 도 6에서 녹색의 그래프로 도시된 부분은 표적이 존재하지 않는 약 4700m 거리의 탐지 영역 내에서 제1 평균 이동 속도 값이 산출된 모습을 나타낸다. 표적이 존재하는 탐지 영역은 클러터만이 존재하는 탐지 영역과는 다른 속도 성분을 가지므로, 표적이 존재하는 탐지 영역의 제1 평균 이동 속도 값은 표적이 존재하지 않는 탐지 영역의 제1 평균 이동 속도 값과 다르게 나타난다.
레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정은 탐지 영역 전체에서 레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값을 산출한다. 이와 같은, 제2 평균 이동 속도 값은 분할된 탐지 영역별로 산출된 레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 모두 더하고, 분할된 탐지 영역의 개수로 나누어 산출될 수 있다.
한편, 해상과 같은 넓은 탐지 영역에는 표적이 존재하는 탐지 영역에 비하여 클러터만이 존재하는 탐지 영역의 개수가 훨씬 많게 된다. 따라서, 탐지 영역 전체에서 산출된 레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값은 전술한 클러터만이 존재하는 탐지 영역의 제1 평균 이동 속도 값과 유사한 값을 가지게 되며, 도 6에서는 이를 청색의 그래프로 도시하였다.
이와 같이, 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼을 이용하여 분할된 탐지 영역별로 레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 산출하고, 전체 탐지 영역에서 레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값을 산출하고 나면, 분할된 탐지 영역별로 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 오차를 제곱하여 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산한다. 즉, 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하는 과정은 분할된 탐지 영역별로 산출된 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 차이 값을 계산하고, 계산된 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 차이 값을 제곱하여 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산한다.
제1 평균 이동 속도 값은 제2 평균 이동 속도 값보다 큰 값을 가지거나 작은 값을 가질 수 있으나, 이동 속도 정보를 획득하는 과정에서 중요한 인자는 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값 자체의 크기가 아닌, 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 차이이므로 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하는 과정은 분할된 탐지 영역별로 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 오차, 즉 차이 값을 제곱하여 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하게 된다. 이와 같은 이동 속도 오차 값은 표적이 존재하는 탐지 영역에서는 큰 값을 가지게 되고, 클러터만이 존재하는 탐지 영역에서는 작은 값을 가지게 된다. 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하는 과정에서는 분할된 탐지 영역별로 각각 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하게 되고, 연산된 레이더 신호의 이동 속도 오차 값은 제2 벡터로 생성된다. 이와 같은 과정에 의하여 생성된 이동 속도 정보는 도 7에 도시된 바와 같이 나타난다.
특징 벡터를 생성하는 과정(S400)은 레이더 신호의 세기 정보 및 이동 속도 정보를 모두 반영하는 레이더 신호의 특징 벡터를 생성한다. 이와 같은 특징 벡터는 레이더 신호의 세기 정보를 포함하는 제1 벡터와 레이더 신호의 이동 속도 정보를 포함하는 제2 벡터를 곱한 값으로 생성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정(S200)에서는 탐지 영역 내의 거리에 따른 상기 레이더 신호의 세기 값이 제1 벡터로 생성될 수 있다. 또한, 레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정(S300)에서는 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값이 제2 벡터로 생성될 수 있다. 여기서, 특징 벡터를 생성하는 과정(S400)은 상기 탐지 영역 내의 거리에 따른 상기 레이더 신호의 세기 값에 상기 분할된 탐지 영역별로 연산된 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 곱하여 특징 벡터를 생성한다. 이때, 이동 속도 오차 값은 0 이상의 값을 가질 수 있으며, 이동 속도 오차 값이 1보다 작은 경우 특징 벡터는 레이더 신호의 세기 값보다 작은 크기 값을 가지게 되고, 이동 속도 오차 값이 1보다 큰 경우 특징 벡터는 레이더 신호의 세기 값보다 큰 크기 값을 가지게 된다. 이때, 이동 속도 오차 값은 분할된 탐지 영역 내에 클러터 신호만이 포함되는 경우 작은 값을 가지게 되고, 분할된 탐지 영역 내에 표적 신호가 포함되는 경우 큰 값을 가지게 된다. 따라서, 분할된 탐지 영역 내에 표적 신호가 포함되는 경우 특징 벡터의 크기는 레이더 신호의 세기 값보다 커지게 되어 후술하는 바와 같이 임계치와 비교하는 경우 임계치보다 큰 값을 가져 표적 신호로 판정될 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 특징 벡터를 나타내는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 생성된 특징 벡터는 레이더 신호의 세기 정보에 반사 크기에 관한 정보를 포함하고 있어서, 클러터 신호보다 큰 반사 크기를 가지는 표적 신호를 효과적으로 탐지할 수 있다. 뿐만 아니라, 생성된 특징 벡터는 레이더 신호의 이동 속도 정보에 클러터 신호와 상이한 이동 속도를 가지는 표적 신호의 특성도 포함하기 때문에 표적 신호와 클러터 신호 간의 전력비는 더욱 증가하게 된다.
표적을 탐지하는 과정(S500)은 전술한 과정에 의하여 생성된 특징 벡터를 일정 오경보율 기법의 적용을 위하여 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출한다. 여기서, 표적을 검출하는 과정(S500)은 특징 벡터의 크기가 상기 임계치보다 큰 레이더 신호를 표적으로부터 반사되는 레이더 신호로 판정할 수 있다. 생성된 특징 벡터를 일정 오경보율(CFAR) 기법에 적용하는 구성은 알려진 다양한 내용이 적용될 수 있는 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법의 성능을 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은 일반적인 CA CFAR(Cell Average CFAR) 기법, 신경망 회로(RBF-NN) 기법, 경험적 모드 분해(EMD) 기법 및 프랙탈(fractal) 기법에 비해 높은 탐지율과 낮은 오경보율을 가진다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 특징 벡터는 해상 표적의 반사 크기에 대한 특징과 해상 표적이 클러터와는 다른 속도 성분을 가지는 특징이 모두 반영되어, 표적 신호와 클러터 신호간의 전력비 및 SCR(Signal to Cross talk Ratio)을 증가시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법은 상기의 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록 매체에도 적용될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그래밍 언어 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, 솔리드 스테이트 디스크(SSD) 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터 간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 해상 표적 탐지 방법에 의하면, 상대적으로 큰 세기 값을 가지는 클러터 신호가 존재하는 해상 환경에서 표적의 탐지 확률을 향상시킬 수 있다.
즉, 표적으로부터 반사되는 신호의 세기가 클러터로부터 반사되는 신호의 세기와 다르게 나타나는 세기 정보에 따른 특징과, 표적의 이동 속도가 클러터의 이동 속도와 다르게 나타나는 이동 속도 정보에 따른 특징을 모두 반영한 특징 벡터를 이용하여 표적을 탐지함으로써, 표적 신호와 클러터 신호 간의 전력비를 증가시키고 오경보율을 최소화할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정;
    상기 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정;
    상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정;
    상기 레이더 신호의 세기 정보 및 시간과 거리에 따른 전파 속도를 나타내는 이동 속도 정보를 모두 반영하는 특징 벡터를 생성하는 과정; 및
    상기 특징 벡터를 일정 오경보율(CFAR) 기법의 적용을 위하여 설정된 임계치와 비교하여 표적을 검출하는 과정;을 포함하는 해상 표적 탐지 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레이더 신호의 세기 정보를 획득하는 과정은,
    상기 탐지 영역 내의 거리에 따른 상기 레이더 신호의 세기 값을 획득하는 해상 표적 탐지 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이더 신호의 이동 속도 정보를 획득하는 과정은,
    상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정; 및
    상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정;을 포함하는 해상 표적 탐지 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정은,
    상기 탐지 영역을 거리에 따라 복수 개로 분할하는 해상 표적 탐지 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은,
    상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 도플러 스펙트럼을 생성하는 과정; 및
    상기 생성된 도플러 스펙트럼의 신호 전력을 동일하게 조정하는 과정;을 포함하는 해상 표적 탐지 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 획득하는 과정은,
    상기 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 분할된 탐지 영역별로 상기 레이더 신호의 제1 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정;
    상기 신호 전력이 동일하게 조정된 도플러 스펙트럼으로부터 상기 탐지 영역 전체에서 상기 레이더 신호의 제2 평균 이동 속도 값을 산출하는 과정; 및
    상기 분할된 탐지 영역별로 상기 제1 평균 이동 속도 값과 제2 평균 이동 속도 값의 오차를 제곱하여 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 연산하는 과정;을 포함하는 해상 표적 탐지 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 특징 벡터를 생성하는 과정은,
    상기 탐지 영역 내의 거리에 따른 상기 레이더 신호의 세기 값에 상기 분할된 탐지 영역별로 연산된 상기 레이더 신호의 이동 속도 오차 값을 곱하여 상기 특징 벡터를 생성하는 해상 표적 탐지 방법.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 표적을 검출하는 과정은,
    상기 특징 벡터의 크기가 상기 임계치보다 큰 레이더 신호를 표적으로부터 반사되는 레이더 신호로 판정하는 해상 표적 탐지 방법.
  11. 청구항 3 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 해상 표적 탐지 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 저장한 기록 매체.
KR1020190107527A 2019-08-30 2019-08-30 해상 표적 탐지 방법 Active KR102207003B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190107527A KR102207003B1 (ko) 2019-08-30 2019-08-30 해상 표적 탐지 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190107527A KR102207003B1 (ko) 2019-08-30 2019-08-30 해상 표적 탐지 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102207003B1 true KR102207003B1 (ko) 2021-01-25

Family

ID=74237992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190107527A Active KR102207003B1 (ko) 2019-08-30 2019-08-30 해상 표적 탐지 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102207003B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102380267B1 (ko) * 2020-11-04 2022-03-29 한화시스템 주식회사 표적 탐지 방법
KR20250060690A (ko) 2023-10-26 2025-05-07 국방과학연구소 해상의 저속 소형 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007298406A (ja) * 2006-04-28 2007-11-15 Toshiba Corp レーダ装置とその信号処理方法
KR20150131779A (ko) 2014-05-16 2015-11-25 한국전자통신연구원 순차통계 일정 오경보율 검파의 처리 속도 향상방법
JP6367140B2 (ja) * 2015-03-12 2018-08-01 株式会社東芝 レーダ装置及びレーダ信号処理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007298406A (ja) * 2006-04-28 2007-11-15 Toshiba Corp レーダ装置とその信号処理方法
KR20150131779A (ko) 2014-05-16 2015-11-25 한국전자통신연구원 순차통계 일정 오경보율 검파의 처리 속도 향상방법
JP6367140B2 (ja) * 2015-03-12 2018-08-01 株式会社東芝 レーダ装置及びレーダ信号処理方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102380267B1 (ko) * 2020-11-04 2022-03-29 한화시스템 주식회사 표적 탐지 방법
KR20250060690A (ko) 2023-10-26 2025-05-07 국방과학연구소 해상의 저속 소형 표적 탐지 시스템 및 이를 이용한 표적 탐지 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Diewald et al. Radar-interference-based bridge identification for collision avoidance systems
KR102065980B1 (ko) 표적 탐지 방법
CN112241003B (zh) 用于对象检测的方法和系统
US20100315904A1 (en) Direction-finding method and installation for detection and tracking of successive bearing angles
KR102011959B1 (ko) 펄스 압축 과정에서 간섭신호를 탐지하는 레이더 수신신호 처리 방법 및 그를 위한 장치
KR102264073B1 (ko) 편대 비행체 추적방법 및 장치
KR102207003B1 (ko) 해상 표적 탐지 방법
JP2023519529A (ja) 信号プロキシに基づく多目標一定誤警報確率検出方法
KR101862716B1 (ko) W대역 밀리미터파 탐색기에서 재밍 신호 처리 장치
US20100214154A1 (en) Mirror Image Target Detection and Recognition
US8188910B2 (en) Method for the multidimensional temporal kinematic filtering of radar blips, from antenna revolution to antenna revolution
CN110531332B (zh) 一种基于分段门限的低空慢速小目标检测方法
US20180074180A1 (en) Ultrafast target detection based on microwave metamaterials
KR100902560B1 (ko) 탐색중 추적 레이더의 위협경보 발생장치 및 방법
CN113625266A (zh) 应用雷达检测低速目标的方法、装置、存储介质和设备
KR102049402B1 (ko) 레이더 시스템의 씨파를 기반으로 하는 신호 처리 방법 및 그 장치
KR101925489B1 (ko) 응답전력 기반의 피아 식별 방법 및 이를 지원하는 장치
KR102444198B1 (ko) 레이더 시스템에서 클러터를 제거하기 위한 장치 및 방법
Pektas et al. A score-based track initiation procedure to eliminate false tracks in the presence of sea clutter
KR102361816B1 (ko) 표적 탐지 방법 및 기록 매체
CN114488101B (zh) 多亮点目标融合检测方法、装置、声呐及雷达
Zaman et al. Advancements in radar technology for enhanced adaptive cruise control systems
KR101843532B1 (ko) W대역 밀리미터파 탐색기에서 채프 재밍 신호 처리 방법 및 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램
JP7413106B2 (ja) レーダ装置及びレーダ信号処理方法
WO2020138108A1 (ja) 検知装置及び検知方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20190830

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200818

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210111

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210119

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210120

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20241230

Start annual number: 5

End annual number: 5