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KR102629691B1 - 도플러 신호 처리 시스템 및 도플러 신호 처리 방법 - Google Patents

도플러 신호 처리 시스템 및 도플러 신호 처리 방법 Download PDF

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KR102629691B1
KR102629691B1 KR1020210073369A KR20210073369A KR102629691B1 KR 102629691 B1 KR102629691 B1 KR 102629691B1 KR 1020210073369 A KR1020210073369 A KR 1020210073369A KR 20210073369 A KR20210073369 A KR 20210073369A KR 102629691 B1 KR102629691 B1 KR 102629691B1
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

펄스 도플러 레이더에 의해 수신되는 수신신호에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 도플러 신호 처리 시스템 및 도플러 신호 처리 방법이 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 도플러 신호 처리 시스템은 펄스 도플러 레이더로부터 수신신호를 획득하는 신호 획득부; 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 신호 처리부; 및 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 미세 도플러 신호 획득부를 포함할 수 있다.

Description

도플러 신호 처리 시스템 및 도플러 신호 처리 방법{DOPPLER SIGNAL PROCESSING SYSEM AND METHOD OF PROCESSING DOPPLER SIGNAL}
본 발명은 미세 도플러 신호를 획득하는 도플러 신호 처리 시스템 및 도플러 신호 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이더(Radio Detection and ranging, RADAR)는 인간의 가시거리 한계를 초월하여 원거리에 있는 대상체의 존재를 탐지하는 센서로서, 기상 여건이나 주야에 관계없이 전천후 기능으로 단거리부터 수평선 너머 지구 반대편의 장거리 대상체까지 탐지할 수 있는 고유한 신호의 특성이 있기 때문에 기존의 광학 수단을 이용한 방식과는 완전히 다른 전자파 센서이다.
레이더는 전자파를 이용하여 원거리의 표적을 볼 수 있는 전천후 전자의 눈으로서 항공 운항 및 관제, 지구 및 우주 탐사, 기상관측, 선박 항해, 자동차 속도 측정 및 충돌방지 등의 민수용뿐만 아니라 조기경보, 항만감시, 대공방어, 미사일 유도통제 등의 군사용으로 사용된다.
이러한 레이더는 여러 가지 형태의 레이더가 있으며, 이는 전파 형태에 따라 크게 연속파 레이더와 펄스 레이더로 나누어질 수 있다. 연속파 레이더는 도플러 레이더와, FMCW(frequency modulation continuous wave) 레이더로 나뉘고, 펄스 레이더는 펄스 도플러 레이더와 펄스 압축 레이더로 나누어질 수 있다.
이중 연속파 레이더의 도플러 레이더는 주파수 및 진폭이 동일한 전파를 발생시키고 그 반사파를 검출하는 것으로, 계속 동일한 전파가 지속적으로 수신되기 때문에 반사파가 언제 돌아왔는지 측정할 수 없어 대상체의 거리를 측정할 수 없는 문제점이 있다. 한편, FMCW 레이더는 주파수를 변조시켜 대상체의 거리를 측정할 수 있다.
최근, 소형 무인기의 이용이 증가함에 따라 소형 무인기를 이용하여 침투 및 정찰 업무를 수행하고 있다. 일반적으로 소형 무인기는 RCS(radar cross section)이 매우 작기 때문에 FMCW 레이더를 이용하여 소형 무인기를 탐지하는 것이 어렵다. 또한, FMCW 레이더는 송신 및 수신을 동시에 수행하기 때문에 송신 안테나 및 수신 안테나를 별도로 필요로 하여 레이더의 크기가 커지는 문제점이 있다. 더욱이, FMCW 레이더는 클러터에 취약하고 대상체의 원거리 탐지에 불리한 문제점이 있다.
본 발명은 펄스 도플러 레이더에 의해 수신되는 수신신호에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 도플러 신호 처리 시스템 및 도플러 신호 처리 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도플러 신호 처리 시스템이 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 도플러 신호 처리 시스템은 펄스 도플러 레이더로부터 수신신호를 획득하는 신호 획득부; 상기 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 신호 처리부; 및 상기 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 미세 도플러 신호 획득부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 신호 처리부는 상기 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행하는 펄스 압축부; 상기 펄스 압축 처리된 수신신호에 도플러 필터링 처리를 수행하는 도플러 필터링부; 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 CFAR(constant false alarm rate) 처리를 수행하는 CFAR 처리부; 상기 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득하는 클러스터링 처리부; 상기 클러스터 데이터에 기초하여 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 센트로이딩 처리부; 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 오차 산출부; 및 상기 거리 인덱스 값에 기초하여 상기 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 상기 거리 인덱스 데이터를 획득하는 거리 방향 데이터 획득부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 펄스 압축부는 정합 필터(matched filter)를 이용하여 상기 수신신호에 대해 거리 방향으로 상기 펄스 압축 처리를 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도플러 필터링부는 상기 펄스 압축 처리된 수신신호를 펄스 방향으로 FFT(fast Fourier transform)를 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 CFAR 처리부는 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 거리 방향으로 상기 CFAR 처리를 수행하여 히트(HIT) 데이트를 획득할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 클러스터링 처리부는 상기 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간을 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하여 상기 클러스터 데이터를 획득할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 클러스터링 처리부는 상기 히트 데이터 중 가장 큰 파워를 갖는 히트 데이터를 중심으로 인접한 히트 데이터를 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 센트로이딩 처리부는 상기 클러스터 데이터의 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 센트로이딩 처리부는 상기 클러스터 데이터에서 가장 큰 파워를 가지는 제1 셀과 상기 제1 셀의 좌우 셀을 이용하여 상기 무게 중심을 산출하고, 상기 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오차 산출부는
(수학식)
상기 수학식을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하고, 상기 수학식에서 R1은 상기 클러스터의 거리를 나타내고, R2는 상기 추적 예상 거리를 나타내고, V1은 상기 클러스터의 속도를 나타내고, V2는 상기 추적 예상 속도를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 오차 산출부는 상기 클러스터에서 상기 오차가 가장 작은 클러스터를 결정하고, 상기 결정된 클러스터에 해당하는 상기 거리 인덱스 값을 획득할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 거리 방향 데이터 획득부는 상기 펄스 압축된 수신신호로부터 상기 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 결정하여 추출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 미세 도플러 신호 획득부는 상기 거리 인덱스 데이터에 STFT(short time Fourier transform) 처리를 수행하여 상기 미세 도플러 신호를 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도플러 신호 처리 시스템에서의 도플러 신호 처리 방법이 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 도플러 신호 처리 방법은 상기 도플러 신호 처리 시스템의 신호 획득부에서, 펄스 도플러 레이더로부터 수신신호를 획득하는 단계; 상기 도플러 신호 처리 시스템의 신호 처리부에서, 상기 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 도플러 신호 처리 시스템의 미세 도플러 신호 획득부에서, 상기 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계는 상기 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행하는 단계; 상기 펄스 압축 처리된 수신신호에 도플러 필터링 처리를 수행하는 단계; 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 CFAR 처리를 수행하는 단계; 상기 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득하는 단계; 상기 클러스터 데이터에 기초하여 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계; 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 단계; 및 상기 거리 인덱스 값에 기초하여 상기 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 상기 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행하는 단계는 정합 필터를 이용하여 상기 수신신호에 대해 거리 방향으로 상기 펄스 압축 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 펄스 압축 처리된 수신신호에 도플러 필터링 처리를 수행하는 단계는 상기 펄스 압축 처리된 수신신호를 펄스 방향으로 FFT를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 CFAR 처리를 수행하는 단계는 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 거리 방향으로 상기 CFAR 처리를 수행하여 히트 데이트를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득하는 단계는 상기 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간을 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하여 상기 클러스터 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간을 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하여 상기 클러스터 데이터를 획득하는 단계는 상기 히트 데이터 중 가장 큰 파워를 갖는 히트 데이터를 중심으로 인접한 히트 데이터를 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 클러스터 데이터에 기초하여 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계는 상기 클러스터 데이터의 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 클러스터 데이터의 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계는 상기 클러스터 데이터에서 가장 큰 파워를 가지는 제1 셀과 상기 제1 셀의 좌우 셀을 이용하여 상기 무게 중심을 산출하는 단계; 및 상기 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 단계는
(수학식)
상기 수학식을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 수학식에서 R1은 상기 클러스터의 거리를 나타내고, R2는 상기 추적 예상 거리를 나타내고, V1은 상기 클러스터의 속도를 나타내고, V2는 상기 추적 예상 속도를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 단계는 상기 클러스터에서 상기 오차가 가장 작은 클러스터를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 클러스터에 해당하는 상기 거리 인덱스 값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 거리 인덱스 값에 기초하여 상기 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 상기 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계는 상기 펄스 압축된 수신신호로부터 상기 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 결정하여 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 단계는 상기 거리 인덱스 데이터에 STFT 처리를 수행하여 상기 미세 도플러 신호를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 펄스 도플러 레이더로부터 실시간으로 제공되는 수신신호를 이용하여 미세 도플러 신호를 획득할 수 있으며, 미세 도플러 신호를 이용하여 소형 무인기 특징을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 도플러 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 압축부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 필터링부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도플러 필터링부에 의해 도플러 필터링된 신호를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFAR 처리부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CFAR 처리부에 의해 CFAR 처리된 히트 데이터를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 클러스터링 처리를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 무게중심을 이용하여 거리 및 속도 정보를 산출하는 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 압축 데이터로부터 거리 인덱스 데이터를 추출하는 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 거리 인덱스 데이터를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 미세 도플러 신호를 획득하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 도플러 신호를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 발명에 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명에서 사용되는 용어 "부"는, 소프트웨어, 또는 FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 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, 프로세스, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 분리될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 기술되는, 결정 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되며, 이 표현은 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지 않는다.
본 발명에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 도플러 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 펄스 도플러 시스템(100)은 신호 획득부(110), 신호 처리부(120) 및 미세 도플러 신호 획득부(130)를 포함할 수 있다.
신호 획득부(110)는 수신신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 신호 획득부(110)는 레이더(도시하지 않음)에 연결되고, 레이더로부터 수신신호를 획득할 수 있다. 예를 들면, 레이더는 펄스 도플러 레이더를 포함할 수 있다. 그러나, 레이더는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
신호 처리부(120)는 신호 획득부(110)에 연결될 수 있다. 신호 처리부(120)는 신호 획득부(110)에 의해 획득된 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득할 수 있다.
미세 도플러 신호 획득부(130)는 신호 처리부(120)에 연결될 수 있다. 미세 도플러 신호 획득부(130)는 신호 처리부(120)에 의해 획득된 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 2를 참조하면, 신호 처리부(120)는 펄스 압축부(210), 도플러 필터링부(220), CFAR(constant false alarm rate) 처리부(230), 클러스터링 처리부(240), 센트로이딩 처리부(250), 오차 산출부(260) 및 거리 방향 데이터 획득부(270)를 포함할 수 있다.
펄스 압축부(210)는 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 펄스 압축부(210)는 정합 필터(matched filter)를 이용하여 수신신호에 대해 거리 방향으로 펄스 압축을 수행할 수 있다. 예를 들면, 펄스 압축부(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 입력 신호(즉, 수신신호, s(t))에 FFT(fast Fourier transform)를 수행하는 FFT 처리부(310), 정합 필터 임펄스(matched filter impulse(reference signal), h(t))를 제공하는 정합 필터 임펄스부(320), 입력 신호(s(t))와 정합 필터 임펄스의 컨벌루션(convolution)을 수행하는 배율부(multiplier)(330) 및 컨벌루션 처리된 신호에 IFFT(inverse fast Fourier transform) 처리를 수행하여 정합 필터 출력 신호(y(t))를 생성하는 IFFT 처리부(340)를 포함할 수 있다.
도플러 필터링부(220)는 펄스 압축부(210)에 연결될 수 있다. 도플러 필터링부(220)는 펄스 압축부(210)에 의해 펄스 압축된 수신신호에 대해 도플러 필터링 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 필터링부(220)는 복수의 수신신호를 수신하고 수신된 수신신호를 펄스방향으로 FFT를 수행할 수 있다. 예를 들면, 도플러 필터링부(220)는 도 4에 도시된 바와 같이, M개의 펄스신호를 수신하고 수신된 펄스신호를 펄스 방향으로 M 포인트 FFT를 수행하여, 도 5에 도시된 바와 같이 도플러 필터링된 수신신호를 생성할 수 있다.
CFAR 처리부(230)는 도플러 필터링부(220)에 연결될 수 있다. CFAR 처리부(230)는 도플러 필터링부(220)에 의해 도플러 필터링된 수신신호에 CFAR 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, CFAR 처리부(230)는 수신신호에 거리 방향으로 CFAR 처리를 수행하여 히트(HIT) 데이트를 획득할 수 있다. 예를 들면, CFAR 처리부(230)는 도 6에 도시된 바와 같이 비균일한 잡음환경에서 우수한 OS-CFAR를 사용하여, 도 7에 도시된 바와 같이 CFAR 처리된 히트 데이터를 획득할 수 있다.
클러스터링 처리부(240) CFAR 처리부(230)에 연결될 수 있다. 클러스터링 처리부(240)는 CFAR 처리부(230)에 의해 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 클러스터링 처리부(240)는 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간 묶는 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들면, 클러스터링 처리부(240)는 도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이, 히트 데이터 중 가장 큰 파워를 갖는 히트 데이터를 중심으로 인접한 히트 데이터를 묶는 클러스터링 처리를 수행할 수 있다.
센트로이딩 처리부(250)는 클러스터링 처리부(240)에 연결될 수 있다. 센트로이딩 처리부(250)는 클러스터링 처리부(240)에 의해 획득된 클러스터 데이터에 기초하여 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 센트로이딩 처리부(250)는 클러스터 데이터의 무게 중심을 이용하여 각 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다. 예를 들면, 센트로이딩 처리부(250)는 도 9에 도시된 바와 같이, 클러스터 데이터에서 가장 큰 파워를 가지는 셀과 좌우 2셀을 이용하여 무게 중심을 산출하고, 산출된 무게중심을 이용하여 각 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다.
오차 산출부(260)는 센트로이딩 처리부(250)에 연결될 수 있다. 오차 산출부(260)는 센트로이딩 처리부(250)에 의해 산출된 각 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보에 기초하여 오차를 산출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 오차 산출부(260)는 센트로이딩 처리부(250)에 의해 산출된 각 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출할 수 있다. 예를 들면, 오차 산출부(260)는 센트로이딩 처리부(250)에 의해 산출된 각 클러스터의 거리(R1) 및 속도(V1) 정보와, 추적 예상 거리(R2) 및 속도(V2) 정보 간의 오차를 아래의 수학식을 이용하여 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 오차 산출부(260)는 클러스터들 중에서 거리 및 속도 오차가 가장 작은 클러스터를 결정하고, 결정된 클러스터에 해당하는 거리 인덱스 값을 획득할 수 있다.
거리 방향 데이터 획득부(270)는 오차 산출부(260)에 연결될 수 있다. 거리 방향 데이터 획득부(270)는 오차 산출부(260)에 의해 획득된 거리 인덱스 값에 기초하여 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 거리 방향 데이터 획득부(270)는 펄스 압축부(210)에 의해 펄스 압축된 수신 신호로부터 오차 산출부(260)에 의해 획득된 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 추출할 수 있다. 예를 들면, 거리 방향 데이터 획득부(270)는 도 10에 도시된 바와 같이, 펄스 압축부(210)에 의해 펄스 압축된 수신신호로부터 오차 산출부(260)에 의해 획득된 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터(R index 801)를 결정할 수 있다. 거리 방향 데이터 획득부(270)는 도 11에 도시된 바와 같이 결정된 거리 인덱스 데이터(R index 801)를 획득할 수 있다.
본 발명에 도시된 흐름도에서 프로세스 단계들, 방법 단계들, 알고리즘들 등이 순차적인 순서로 설명되었지만, 그러한 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들은 임의의 적합한 순서로 작동되도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 다양한 실시예들에서 설명되는 프로세스들, 방법들 및 알고리즘들의 단계들이 본 발명에서 기술된 순서로 수행될 필요는 없다. 또한, 일부 단계들이 비동시적으로 수행되는 것으로서 설명되더라도, 다른 실시예에서는 이러한 일부 단계들이 동시에 수행될 수 있다. 또한, 도면에서의 묘사에 의한 프로세스의 예시는 예시된 프로세스가 그에 대한 다른 변화들 및 수정들을 제외하는 것을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스 또는 그의 단계들 중 임의의 것이 본 발명의 다양한 실시예들 중 하나 이상에 필수적임을 의미하지 않으며, 예시된 프로세스가 바람직하다는 것을 의미하지 않는다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 미세 도플러 신호를 획득하는 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 단계 S1202에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 레이더로부터 수신신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 획득부(110)는 펄스 도플러 레이더로부터 수신신호를 획득할 수 있다.
단계 S1204에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 정합 필터를 이용하여 수신신호에 대해 거리 방향으로 펄스 압축을 수행할 수 있다.
단계 S1206에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 펄스 압축된 수신신호에 대해 도플러 필터링 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 펄스 압축된 수신신호를 펄스방향으로 FFT를 수행하여 도플러 필터링된 수신신호를 생성할 수 있다.
단계 S1208에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 도플러 필터링된 수신신호에 CFAR 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 도플러 필터링된 수신신호에 거리 방향으로 CFAR 처리를 수행하여 히트 데이트를 획득할 수 있다.
단계 S1210에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간 묶는 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S1212에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 획득된 클러스터 데이터에 기초하여 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 클러스터 데이터에서 가장 큰 파워를 가지는 셀과 좌우 2셀을 이용하여 무게 중심을 산출하고, 산출된 무게중심을 이용하여 각 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출할 수 있다.
단계 S1214에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 산출된 각 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보에 기초하여 오차를 산출할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 산출된 각 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출할 수 있다. 신호 처리부(120)는 클러스터들 중에서 거리 및 속도 오차가 가장 작은 클러스터를 결정하고, 결정된 클러스터에 해당하는 거리 인덱스 값을 획득할 수 있다.
단계 S1216에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 획득된 거리 인덱스 값에 기초하여 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터를 획득할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 펄스 압축된 수신신호로부터 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 결정하고, 결정된 거리 인덱스 데이터를 획득할 수 있다.
단계 S1218에서, 도플러 신호 처리 시스템(100)은 획득된 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도플러 신호 처리 시스템(100)의 미세 도플러 신호 획득부(130)는 획득된 거리 인덱스 데이터에 STFT(short time Fourier transform) 처리를 수행하여, 도 13에 도시된 바와 같이 미세 도플러 신호를 획득할 수 있다.
위 방법은 특정 실시예들을 통하여 설명되었지만, 위 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 위 실시예들을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 발명의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
100: 도플러 신호 처리 시스템, 110: 신호 획득부, 120: 신호 처리부, 130: 미세 도플러 신호 획득부, 210: 펄스 압축부, 220: 도플러 필터링부, 230: CFAR 처리부, 240: 클러스터링 처리부, 250: 센트로이딩 처리부, 260: 오차 산출부, 270: 거리 방향 데이터 획득부

Claims (26)

  1. 도플러 신호 처리 시스템으로서,
    펄스 도플러 레이더로부터 수신신호를 획득하는 신호 획득부;
    상기 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 신호 처리부; 및
    상기 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 미세 도플러 신호 획득부
    를 포함하고,
    상기 신호 처리부는
    상기 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행하는 펄스 압축부;
    상기 펄스 압축 처리된 수신신호에 도플러 필터링 처리를 수행하는 도플러 필터링부;
    상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 CFAR(constant false alarm rate) 처리를 수행하는 CFAR 처리부;
    상기 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득하는 클러스터링 처리부;
    상기 클러스터 데이터에 기초하여 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 센트로이딩 처리부;
    상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 오차 산출부; 및
    상기 거리 인덱스 값에 기초하여 상기 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 상기 거리 인덱스 데이터를 획득하는 거리 방향 데이터 획득부
    를 포함하며,
    상기 센트로이딩 처리부는 상기 클러스터 데이터에서 가장 큰 파워를 가지는 제1 셀과 상기 제1 셀의 좌우 셀을 이용하여 무게 중심을 산출하고, 상기 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 도플러 신호 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 펄스 압축부는 정합 필터(matched filter)를 이용하여 상기 수신신호에 대해 거리 방향으로 상기 펄스 압축 처리를 수행하는 도플러 신호 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도플러 필터링부는 상기 펄스 압축 처리된 수신신호를 펄스 방향으로 FFT(fast Fourier transform)를 수행하는 도플러 신호 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 CFAR 처리부는 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 거리 방향으로 상기 CFAR 처리를 수행하여 히트(HIT) 데이터를 획득하는 도플러 신호 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 클러스터링 처리부는 상기 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간을 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하여 상기 클러스터 데이터를 획득하는 도플러 신호 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 클러스터링 처리부는 상기 히트 데이터 중 가장 큰 파워를 갖는 히트 데이터를 중심으로 인접한 히트 데이터를 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하는 도플러 신호 처리 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 오차 산출부는
    (수학식)

    상기 수학식을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하고,
    상기 수학식에서 R1은 상기 클러스터의 거리를 나타내고, R2는 상기 추적 예상 거리를 나타내고, V1은 상기 클러스터의 속도를 나타내고, V2는 상기 추적 예상 속도를 나타내는 도플러 신호 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오차 산출부는 상기 클러스터에서 상기 오차가 가장 작은 클러스터를 결정하고, 상기 결정된 클러스터에 해당하는 상기 거리 인덱스 값을 획득하는 도플러 신호 처리 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 거리 방향 데이터 획득부는 상기 펄스 압축된 수신신호로부터 상기 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 결정하여 추출하는 도플러 신호 처리 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 미세 도플러 신호 획득부는 상기 거리 인덱스 데이터에 STFT(short time Fourier transform) 처리를 수행하여 상기 미세 도플러 신호를 획득하는 도플러 신호 처리 시스템.
  14. 도플러 신호 처리 시스템에서의 도플러 신호 처리 방법으로서,
    상기 도플러 신호 처리 시스템의 신호 획득부에서, 펄스 도플러 레이더로부터 수신신호를 획득하는 단계;
    상기 도플러 신호 처리 시스템의 신호 처리부에서, 상기 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 도플러 신호 처리 시스템의 미세 도플러 신호 획득부에서, 상기 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수신신호에 신호 처리를 수행하여 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계는
    상기 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행하는 단계;
    상기 펄스 압축 처리된 수신신호에 도플러 필터링 처리를 수행하는 단계;
    상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 CFAR 처리를 수행하는 단계;
    상기 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득하는 단계;
    상기 클러스터 데이터에 기초하여 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계;
    상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 단계; 및
    상기 거리 인덱스 값에 기초하여 상기 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 상기 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계
    를 포함하며,
    상기 클러스터 데이터의 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계는
    상기 클러스터 데이터에서 가장 큰 파워를 가지는 제1 셀과 상기 제1 셀의 좌우 셀을 이용하여 상기 무게 중심을 산출하는 단계; 및
    상기 무게 중심을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보를 산출하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서, 상기 수신신호에 펄스 압축 처리를 수행하는 단계는
    정합 필터를 이용하여 상기 수신신호에 대해 거리 방향으로 상기 펄스 압축 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 펄스 압축 처리된 수신신호에 도플러 필터링 처리를 수행하는 단계는
    상기 펄스 압축 처리된 수신신호를 펄스 방향으로 FFT를 수행하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 CFAR 처리를 수행하는 단계는
    상기 도플러 필터링 처리된 수신신호에 거리 방향으로 상기 CFAR 처리를 수행하여 히트 데이터를 획득하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 CFAR 처리된 수신신호에 클러스터링 처리를 수행하여 클러스터 데이터를 획득하는 단계는
    상기 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간을 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하여 상기 클러스터 데이터를 획득하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 히트 데이터를 이용하여 인접 히트간을 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하여 상기 클러스터 데이터를 획득하는 단계는
    상기 히트 데이터 중 가장 큰 파워를 갖는 히트 데이터를 중심으로 인접한 히트 데이터를 묶는 상기 클러스터링 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제14항에 있어서, 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 단계는
    (수학식)

    상기 수학식을 이용하여 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 수학식에서 R1은 상기 클러스터의 거리를 나타내고, R2는 상기 추적 예상 거리를 나타내고, V1은 상기 클러스터의 속도를 나타내고, V2는 상기 추적 예상 속도를 나타내는 도플러 신호 처리 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 클러스터의 거리 및 속도 정보와, 추적 예상 거리 및 속도 정보 간의 오차를 산출하여 거리 인덱스 값을 결정하는 단계는
    상기 클러스터에서 상기 오차가 가장 작은 클러스터를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 클러스터에 해당하는 상기 거리 인덱스 값을 획득하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  25. 제14항에 있어서, 상기 거리 인덱스 값에 기초하여 상기 펄스 압축된 수신신호의 거리 방향 데이터에 해당하는 상기 거리 인덱스 데이터를 획득하는 단계는
    상기 펄스 압축된 수신신호로부터 상기 거리 인덱스 값에 해당하는 거리 인덱스 데이터를 결정하여 추출하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
  26. 제14항에 있어서, 상기 거리 인덱스 데이터에 기초하여 미세 도플러 신호를 획득하는 단계는
    상기 거리 인덱스 데이터에 STFT 처리를 수행하여 상기 미세 도플러 신호를 획득하는 단계
    를 포함하는 도플러 신호 처리 방법.
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