KR101536249B1 - 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법 - Google Patents

고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101536249B1
KR101536249B1 KR1020140035750A KR20140035750A KR101536249B1 KR 101536249 B1 KR101536249 B1 KR 101536249B1 KR 1020140035750 A KR1020140035750 A KR 1020140035750A KR 20140035750 A KR20140035750 A KR 20140035750A KR 101536249 B1 KR101536249 B1 KR 101536249B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
antenna
antenna beam
signal
antennas
array
Prior art date
Application number
KR1020140035750A
Other languages
English (en)
Inventor
김두수
홍동희
Original Assignee
국방과학연구소
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 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020140035750A priority Critical patent/KR101536249B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101536249B1 publication Critical patent/KR101536249B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 고속으로 이동하는 표적을 탐지하는 경우 레이더의 표적탐지성능을 향상시키기 위하여 가상배열 안테나 빔 성능을 개선하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이동하는 표적에 반사되어 수신된 안테나 빔의 방향별 신호값를 상기 안테나 빔으로부터 추출한 부배열 패턴으로 보상하여, 표적탐지성능이 향상된 안테나 빔 방향별 개선신호값을 획득하는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법의 실시예의 일 양태는, 수신 안테나가 수신한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 방향별 신호값을 연산하는 신호 연산단계; 상기 안테나 빔 중 위상이 동일한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 부배열 패턴를 추출하는 부배열 패턴 추출단계; 및 상기 안테나 빔 방향별 신호값를 상기 안테나 빔 부배열 패턴으로 보상하여 안테나 빔 방향별 개선신호값을 연산하는 신호 보상단계; 를 포함할 수 있다.

Description

고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법{METHOD FOR BEAM PERFORMANCE IMPROVEMNET OF VIRTUAL ARRAY ANTENNA FOR DETECTING HIGH SPEED TARGET}
본 발명은 고속으로 이동하는 표적을 탐지하는 경우 레이더의 표적탐지성능을 향상시키기 위하여 가상배열 안테나 빔 성능을 개선하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이동하는 표적에 반사되어 수신되는 안테나 빔의 방향별 신호값를 상기 안테나 빔으로부터 추출한 부배열 패턴으로 보상하여, 표적탐지성능이 향상된 안테나 빔 방향별 개선신호값을 획득하는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법에 관한 것이다.
도 1 은 가상 배열(Virtual array)에 따른 안테나 빔의 송수신을 보인 개념도이고, 도 2 는 가상 배열(Virtual array) 개념을 적용한 경우, 표적 이동에 따른 안테나 빔의 송수신을 보인 개념도이다. 또한, 도 3 은 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 위상 왜곡 특성을 보인 다이어그램(M=N=8, 표적 이동속도(Vtar = +28, 0, -28 m/s 인 경우))이고, 도 4 는 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ)) 결과를 보인 다이어그램.(M=N=8, 표적 이동속도(Vtar = +28, 0, -28 m/s 인 경우))이다.
일반적으로 레이더는 표적을 탐색하거나 추적하는 용도로 사용되며, 레이더가 탑재되는 플랫폼에 따라 레이더의 기능 및 성능이 결정된다. 자동차분야에서는, 자동차 사이 충돌을 방지하기 위하여, 차량용 레이더가 장착되고 있다. 또한, 방산 분야에서는, 레이더가 무인 플랫폼에 탑재되어, 표적을 탐색하고 추적하여 충돌을 방지하기 위한 목적에서뿐만 아니라, 플랫폼이 자율주행하기 위한 목적으로 레이더의 성능 및 기능이 다양하게 개발되고 있다.
특히, 표적 분리를 위한 고분해능(High resolution) 성능이 요구되는 레이더에서, 상기 고분해능(High resolution) 성능을 달성하기 위해서는, 레이더 하드웨어의 복잡도, 특히 안테나의 복잡도가 매우 증가하게 된다. 즉, 상기 고분해능(High resolution) 성능을 달성하기 위해서는, 수신 안테나 간 배열 간격을 고려하여 안테나의 개구면을 넓히고, 채널 수(안테나 수)를 증가시켜야 한다. 이에 따라, 안테나의 크기 및 무게 등이 증가하게 되므로, 고분해능(High resolution) 성능을 가진 안테나가 플랫폼에 탑재되기가 어렵고, 비용이 상승하는 문제점이 발생하게 된다. 예를 들면, 방향성을 가진 1개의 송신 안테나로부터 송신되는 안테나 빔를 수신하여 상기 고분해능 성능을 달성하기 위해서는, 64개의 수신 안테나가 필요하다. 즉, 레이더의 하드웨어 복잡도가 증가하게 되는 문제점이 발생한다. 여기서, 상기 안테나 빔은, 송신안테나에서 방사되는 전파와 표적에 반사되어 수신 안테나로 들어오는 전파를 의미한다.
이때, 상기 수신안테나로 수신되는 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ))는 다음식,
[수학식 1]
Figure 112014029374228-pat00001
에 의하여 산출될 수 있다.
여기서, MN 은 수신 안테나 개수이고, Bi 는 M×N개의 수신안테나의 신호가중치이며, k0는 송수신주파수 정보이고, drx 는 수신 안테나 간 거리이며, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각이다.
즉, 1개의 송신 안테나로부터 송신되는 안테나 빔에 대하여, 고분해능(High resolution) 성능을 달성하기 위해서는, 64개의 수신 안테나, 즉 채널이 필요하고, 이에 따른 수신 안테나측의 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ))는 상기 [수학식 1]에 의하여 획득할 수 있는 것이다.
따라서, 상기 고분해능(High resolution) 성능을 달성하기 위하여, 다수의 채널을 사용하는 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 도 1 과 같은 가상배열(Virtual array) 개념이 적용될 수 있다. 즉, 상기 가상배열(Virtual array) 개념을 적용하게 되면, 상기 안테나의 전체 채널 수(송신안테나 및 수신 안테나)를 감소시킬 수 있으므로, 레이더의 하드웨어의 복잡도를 감소시킬 수 있는 것이다. 여기서, 상기 가상배열(Virtual array) 개념이란, 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ))를 산출하기 위하여, 송신 안테나 간 거리를 수신 안테나 개수와 수신 안테나 간 거리의 곱으로 두어 다수의 송수신 안테나를 가상으로 배열하여, 송신 안테나 개수와 수신 안테나 개수의 곱만큼 배열효과를 가지도록 조성한 안테나 빔 송수신환경을 의미한다.
도 1 을 참조하면, 송신 안테나 M개와 수신 안테나 N개를 분리하여 안테나 빔을 송수신하게 되면, 송신 안테나 1개와 수신 안테나 M×N개로 각각 안테나 빔을 송수신하는 것과 등가를 이루게 된다. 즉, 동일한 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ))를 얻을 수 있는 것이다. 다만, 가상 배열(Virtual array) 개념을 적용하는 경우, 송신 안테나 배열 간격(dtx)은, 수신 안테나 배열 간격(drx)과 수신 안테나 개수(n)의 곱으로 선정되어야 한다.
상기 가상 배열(Virtual array) 개념을 적용하여, M개의 송신 안테나와 N개의 수신 안테나로 안테나 빔을 송수신하는 경우, 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ))는 다음식,
[수학식 2]
Figure 112014029374228-pat00002
에 의하여 산출될 수 있다.
여기서, Am 은 M개의 송신 안테나의 신호가중치이고, An 은 N개의 수신안테나의 신호가중치이다. 또한, k0는 송수신주파수 정보이고, m 은 m 번째 송신 안테나 위치이며, dtx 는 송신 안테나 간 거리이다. 또한, n은 n 번째 수신 안테나 위치이고, drx 는 수신 안테나 간 거리이며, θ는 신호가 들어오는 방향이고, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각이다.
이와 같이, 가상배열(Virtual array) 개념을 적용하게 되면, 1개의 송신 안테나와 M×N개의 수신 안테나로 안테나 빔을 송수신하는 경우의 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ))와 M 개의 송신 안테나와 N 개의 수신 안테나로 안테나 빔을 송수신하는 경우의 방향별 신호값(AF(θ))가 동일하게 된다.
이것을 수식으로 표현하면 다음식,
[수학식 3]
Figure 112014029374228-pat00003
과 같다.
즉, 가상배열(Virtual array) 개념을 적용하게 되면, 전체 안테나 채널 수가 (M×N+1)개에서 (M+N)개로 감소하게 되어, 레이더의 하드웨어 복잡도, 크기, 중량 및 비용을 줄일 수 있는 것이다.
그런데, 상기 가상배열(Virtual array) 개념을 따르더라도, 표적이 이동하는 경우, M 개의 송신 안테나는 각각 시차를 두고 M번 안테나 빔을 송신하고, 수신 안테나는 이동하는 표적으로부터 반사된 신호를 수신해야 한다.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 안테나 빔이 시차를 두고 M번 송수신되는 동안 표적이 이동하는 경우, 수신되는 안테나 빔(3) 사이의 위상 왜곡(20)이 발생하게 된다. 이때, 상기 안테나 빔 송수신 시차로 인한 수신 안테나에서의 위상(P(m,n))은 다음식,
[수학식 4]
Figure 112014029374228-pat00004
에 의하여 산출될 수 있다.
여기서, Vtar는 표적의 이동속도이고, m 은 송신 안테나 위치이며, n 은 수신 안테나의 위치이다. 또한, M 은 송신 안테나 개수이고, N 은 수신 안테나의 개수이며, T 는 시차를 나타내는 표적 이동시간이다. 또한, floor() 는 소수점 이하를 버리는 내림을 의미한다.
예를 들면, 송신안테나(1)가 8개(M = 8)이고, 수신 안테나(2)가 8개(N = 8) 이며, 표적 이동속도(Vtar)가 각각 +28 m/s(Vtar = +28 m/s), 0 m/s(Vtar = 0 m/s) 및 -28 m/s (Vtar = -28 m/s)인 경우가 존재한다. 이 경우, 상기 가상배열(Virtual array) 개념에 따르면, 1 번째 송신 안테나(m=1)는 1회의 안테나 빔을 송신하고 8개의 수신 안테나(N=8)는 상기 안테나 빔을 각각 1회, 총 8회 수신받게 된다. 2 번째 송신 안테나부터 8 번째 송신 안테나까지 동일하게 안테나 빔을 송수신하게 된다. 따라서, 수신 안테나는 총 64회 안테나 빔(3)을 수신하게 되고, 3개의 서로 다른 표적 이동속도(Vtar)에 대하여 도 3과 같이, 각각 64회의 안테나 빔 수신신호 위상을 획득하게 된다.
더욱 상세하게는, 각 표적 이동속도(Vtar = +28 m/s, 0 m/s, -28 m/s)에 따른 안테나 빔(3) 수신신호 위상을 살펴보면, 8번째-9번째, 16번째-17번째 사이, 24번째-25번째 사이, 32번째-33번째 사이, 40번째-41번째 사이, 48번째-49번째 사이 및 56번째-57번째 사이 안테나 빔의 위상이 왜곡됨(20)을 확인할 수 있다.
여기서, 1번째-8번째 사이, 9번째-16번째 사이, 17번째-24번째 사이, 25번째-32번째 사이, 33번째-40번째 사이, 41번째-48번째 사이, 49번째-56번째 사이 및 57번째-64번째 사이 안테나 빔들의 위상이 동일한데, 이와 같이 위상이 동일한 안테나 빔 위상의 모임을 『위상동일 부배열(10)』또는 『부배열(10)』이라 호칭할 수 있다.
이하에서는, 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 방향별 신호값(100) 결과를 통한 레이더의 표적탐지성능을 살펴본다.
도 4 는 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 방향별 신호값(100) 결과를 보인 다이어그램(M=N=8, 표적 이동속도(Vtar = +28, 0, -28 m/s)인 경우)이다.
도 4를 참조하면, 각 표적 이동속도(Vtar = +28 m/s, 0 m/s, -28 m/s)에 따라 안테나 빔의 부엽(40)(50)(60)이 주기적으로 높게 형성되고 있는 것을 확인할 수 있다.
그런데, 안테나 빔의 높은 부엽(40)은 레이더의 표적 탐지 오경보(False alarm)를 발생시켜, 레이더의 성능을 저하시키는 문제를 발생시킨다. 왜냐하면, 특정 방향의 표적을 탐지·추적하는 차량용 레이더는, 상기 특정 방향(31)에 대하여 높은 안테나 빔 신호값(30)를 획득해야 하기 때문이다. 즉, 도 4의 가로축인 방향(Deg)에서, 레이더는 특정 방향 폭(31), 즉 0 방향(Deg)을 포함하는 ±3 방향(Deg) 범위 내에서 높은 데시벨(dB) 값, 즉 안테나 빔 신호값(30)을 획득하여야 한다. 그런데, 안테나 빔의 부엽(40)이 높게 형성되어 있으면, 즉 상기 특정 방향 이외의 방향(41)에서 높은 안테나 빔의 신호값이 존재하면, 상기 특정 방향 이외의 방향(41)에 대하여 레이더가 표적탐지 오경보(False alarm)를 발생시키게 된다. 따라서, 상기 특정 방향 이외의 방향(41)에서 안테나 빔의 부엽(40)이 높게 형성되는 것은 레이더의 표적탐지성능을 저하시키는 문제점을 발생시키는 것이다. 여기서, 안테나 빔의 부엽(40)은, 특정 방향 이외의 방향(41)에서 높은 안테나 빔 신호값를 나타내는 부분으로, 각 표적 이동속도(Vtar = +28 m/s, 0 m/s, -28 m/s)에 따라 주기적으로 높게 형성될 수 있다.
따라서, 레이더의 성능 저하를 방지하기 위하여, 즉 레이더의 표적탐지성능을 향상시키기 위하여 안테나 빔의 높은 부엽(40)을 필요한 수준 이하로 억압시킬 필요가 있는 것이다.
그러나, 현재 차량용 레이더 개발과 관련하여 논의되고 있는 연구에서는, 표적의 높은 상대속도에 따른 레이더의 성능 저하에 대하여 기술적 접근은 고려되고 있지 않으며, 대부분 저비용을 고려한 하드웨어 구조의 효율화에 초점이 맞추어져 있다. 또한 다중 표적에 대해서도, 레이더의 성능 저하 없이 탐지·추적이 가능한 기술적 접근이 필요하다. 따라서 본 발명에서는, 가상배열(Virtual array) 개념이 적용된 차량용 레이더에서, 고속으로 이동하는 표적을 탐지하는 경우에도, 레이더의 표적탐지성능을 유지하는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선을 위한 제어장치를 제안한다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이동하는 표적을 탐지하는 경우 수신 안테나 빔의 높은 부엽을 필요한 수준 이하로 억압시켜, 레이더의 표적탐지성능을 향상시키는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법의 실시예의 일 양태는, 가상배열 개념에 의해 수신 안테나가 수신한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 방향별 신호값을 연산하는 신호 연산단계; 상기 안테나 빔 중 위상이 동일한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 부배열 패턴를 추출하는 부배열 패턴 추출단계; 및 상기 안테나 빔 방향별 신호값를 상기 안테나 빔 부배열 패턴으로 보상하여 안테나 빔 방향별 개선신호값을 연산하는 신호 보상단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법에 따르면, 이동하는 표적을 탐지하는 경우 수신하는 안테나 빔의 높은 부엽을 필요한 수준 이하로 억압시켜, 레이더가 표적탐지 오경보를 빈번하게 발생시키지 아니하므로, 레이더의 표적탐지성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 은 가상 배열(Virtual array)에 따른 안테나 빔의 송수신을 보인 개념도.
도 2 는 가상 배열(Virtual array) 개념을 적용한 경우, 표적 이동에 따른 안테나 빔의 송수신을 보인 개념도.
도 3 은 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 위상 왜곡 특성을 보인 다이어그램(M=N=8, 표적 이동속도(Vtar = +28, 0, -28 m/s 인 경우)).
도 4 는 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 방향별 신호값(AF(θ)) 결과를 보인 다이어그램.(M=N=8, 표적 이동속도(Vtar = +28, 0, -28 m/s 인 경우)).
도 5 는 본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법을 보인 흐름도.
도 6 은 본 발명에 의한 안테나 단일빔의 방향별 신호값(AF(θ)) 성능결과를 보인 다이어그램.
도 7 은 본 발명에 의한 안테나 다중빔의 방향별 신호값(AF(θ)) 성능결과를 보인 다이어그램.
본 발명은 다양하게 변경할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 상세한 설명에서 구체적으로 설명하고자 한다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 개시된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적이거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에 개시된 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경·균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 가상배열(Virtual array) 개념을 보다 상세하게 설명한다.
도 3 은 표적의 이동속도에 따른 안테나 빔의 위상 왜곡 특성을 보인 다이어그램(M=N=8, 표적 이동속도(Vtar = +28, 0, -28 m/s 인 경우))이다.
도 3을 참조하면, 가상배열(Virtual array) 개념에 의해 합성된 전체 M×N개의 수신 안테나 빔(3), 즉 전체 8×8개(총 64개)의 수신 안테나 빔 중에서 각 N개, 즉 각 8개의 부배열(10) 내의 안테나 빔(3)들은 모두 동일한 위상(Deg) 특성을 가지고 있으며, 안테나 빔 송수신 시 발생하는 시차의 횟수(M=8)만큼 다른 위상 특성을 가진다.
더욱 상세하게는, 가상배열(Virtual array) 개념에 의해 합성된 전체 M×N개의 수신 안테나 빔(3)을 수신하는 경우, 하나의 부배열(10)에서는 각 8개(N=8)의 수신 안테나 빔(3)의 위상은 동일하고, 전체 수신 안테나 빔(총 64개)에서 송수신 시차 횟수(M=8)인 8회만큼 위상 왜곡(20)이 발생하는 특성을 가진다. 즉, 1 번째 송신 안테나(m=1)가 1회의 안테나 빔을 송신하고 8개의 수신 안테나(N=8)가 상기 안테나 빔을 각각 1회, 총 8회 수신받는 경우, 상기 8회의 수신 안테나 빔(3)의 위상은 서로 동일하다는 특성이 나타난다. 또한, 1 번째 송신 안테나가 1회의 안테나 빔을 송신한 후, 2 번째 송신 안테나부터 8 번째 송신 안테나까지 다시 1회의 안테나 빔을 송신하여 총 8회 안테나 빔이 송신되는 경우, 8개의 수신 안테나는 총 64회의 안테나 빔(3)을 수신하게 된다. 이 경우, 8회의 송신 시차 횟수(M=8)만큼 위상 왜곡(20)이 발생하는 특성이 나타나는 것이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 5 는 본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법을 보인 흐름도이고, 도 6 은 본 발명에 의한 안테나 단일빔의 방향별 신호값(AF(θ)) 성능결과를 보인 다이어그램이며, 도 7 은 본 발명에 의한 안테나 다중빔의 방향별 신호값(AF(θ)) 성능결과를 보인 다이어그램이다.
본 실시예는, 전술한 바와 같이 위상 왜곡(20)이 발생하지 않고 위상이 서로 동일한 수신 안테나 빔(3)을 이용하여 가상배열 안테나 빔 성능을 개선하는 것이다. 즉, 본 실시예는 가상배열(Virtual array) 개념에 의해 합성된 M×N개의 수신 안테나 빔 중에서, 위상 왜곡(20)이 발생하지 않는 위상동일 부배열(10) 내 N개의 안테나 빔(3)을 이용하여 안테나 빔 방향별 개선신호값(300)을 형성함으로써, 특정 방향 이외의 방향(41)에서 안테나 빔의 부엽(200)을 필요한 수준 이하로 억압시켜, 안테나의 수신성능을 개선하는 것이다.
도 5 를 참조하면, 본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선 모듈의 일 실시예는, 신호 연산단계(S100), 부배열 신호 추출단계(S200) 및 신호 보상단계(S300)를 포함한다.
상기 안테나 빔 방향별 신호 연산단계(S100)는, 수신 안테나(2)가 수신한 안테나 빔(3)으로부터 안테나 빔 방향별 신호값(100)를 연산한다. 더욱 상세하게는, 상기 신호 연산단계(S100)는, 가상배열(Virtual array) 개념에 의해 합성된 전체 M×N개의 수신 안테나 빔(3)으로부터 안테나 빔 방향별 신호값(100)를 도출한다. 이때, 상기 안테나 빔(3)은 고속으로 이동하는 표적에 반사되어 수신 안테나(2)로 수신되는 안테나 빔(3)일 수 있다.
이때, 상기 안테나 빔 방향별 신호값(100)은 다음식,
[수학식 5]
Figure 112014029374228-pat00005
에 의해 산출될 수 있다.
여기서, AF(θ) 는 안테나 빔 방향별 신호값(100)이고, M은 송신 안테나의 개수이며, N은 수신 안테나의 개수이다. 또한, Amn 은 M×N개의 수신안테나 빔의 신호가중치이고, P(m,n)은 위상 왜곡 특성값이며, k0는 송수신주파수 정보이다. 또한, m 은 m 번째 송신 안테나 위치이고, dtx 는 송신 안테나 간 거리이며, n은 n 번째 수신 안테나 위치이고, drx 는 수신 안테나 간 거리이며, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각이다.
상기 부배열 신호 추출단계(S200)는, 상기 안테나 빔(3) 중 위상이 동일한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 부배열 패턴(200)를 추출한다. 더욱 상세하게는, 상기 부배열 신호 추출단계(S200)는, 가상배열(Virtual array) 개념에 의해 합성된 전체 M×N개의 수신 안테나 빔으로부터 부배열(10) 내 안테나 빔(3)을 추출하여, 안테나 빔 부배열 패턴(200)를 생성한다.
이때, 상기 안테나 빔 부배열 패턴(200)은 다음식,
[수학식 6]
Figure 112014029374228-pat00006
에 의해 산출될 수 있다.
여기서, AF(θ) 는 안테나 빔 부배열 패턴(200)이고, N은 위상 왜곡이 발생하지 않은 부배열 수신안테나 빔의 개수이다. 또한, Bn 는 위상 왜곡이 발생하지 않은 N개의 부배열 수신안테나 빔의 신호가중치이고, k0는 송수신주파수 정보이고, n은 수신 안테나의 위치이고, drx 는 수신 안테나 간 거리이며, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각이다.
상기 신호 보상단계(S300)는, 상기 안테나 빔 방향별 신호(100)를 상기 안테나 빔 부배열 패턴(200)으로 보상하여, 안테나 빔 방향별 개선신호값(300)을 연산한다. 더욱 상세하게는, 상기 신호 합성부(300)는, 상기 안테나 빔 방향별 신호값(100)과 상기 안테나 빔 부배열 패턴(200)을 곱하여, 안테나 빔 방향별 개선신호값(300)를 연산한다.
이때, 상기 안테나 빔 방향별 개선신호값(300)은 다음식,
[수학식 7]
Figure 112014029374228-pat00007
에 의하여 산출될 수 있다.
여기서, AF(θ) 는 안테나 빔 방향별 개선신호값(300)이고, M은 송신 안테나의 개수이며, N은 수신 안테나의 개수이다. 또한, Amn 은 M×N개의 수신안테나 빔의 신호가중치이고, Bn 는 위상 왜곡이 발생하지 않은 N개의 부배열 수신안테나 빔의 신호가중치이며, P(m,n)은 위상 왜곡 특성값이고, k0는 송수신주파수 정보이다. 또한, m 은 m 번째 송신 안테나 위치이고, dtx 는 송신 안테나 간 거리이며, n은 수신 안테나의 위치이고, drx 는 수신 안테나 간 거리이며, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각이다.
상기 안테나 빔 방향별 신호(100)와 상기 안테나 빔 부배열 패턴(200)을 곱하여 합성하는 이유는, 위상 왜곡 특성에 의해 발생되어 주기적으로 반복되는 부엽(40)을 동일한 위상에서 안테나 빔 부배열 패턴(200)과 합성하여, 주기적으로 반복되는 높은 부엽(40)을 상쇄시키기 위한 것이다.
도 6을 참조하면, 안테나 빔 부배열 패턴(200)을 적용한 보상 전/후의 안테나 빔 방향별 신호값(100)(300)을 통해 안테나 빔의 부엽이 필요한 수준 이하로 낮아지는 것을, 즉 안테나의 수신성능이 개선된 것을 확인할 수 있다. 보상 후 안테나 빔 방향별 개선신호(300)의 부엽(70)은, 보상 전 수신 안테나 빔 방향별 신호(100)의 부엽(40)에 비하여 부엽의 높이가 현격이 낮아졌다. 따라서, 상기 보상 후 안테나 빔 방향별 개선신호(300)에 따르면, 레이더가 특정 방향 이외의 방향(41)에서의 안테나 빔(3)에 대하여 표적탐지 오경보(False alarm)를 발생시키지 아니할 수 있으므로, 레이더 수신성능이 현격히 개선된 것이다.
본 발명에 의한 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법은, 안테나 단일빔을 운용하는 레이더뿐만 아니라 안테나 다중빔을 운용하는 레이더에도 확장하여 적용할 수 있다.
도 7을 참조하면, M×N개의 독립된 디지털 수신 신호를 이용하면, 안테나 빔 커버리지 범위 내에서 필요한 개수만큼 각 방향에 대하여 안테나 빔을 생성할 수 있다. 따라서, 각 N개의 위상동일 부배열(10)에 대해서도 해당 방향에 대한 안테나 빔 생성이 가능하므로, 안테나는 다수의 고속 표적에 대해서도 안테나 빔 수신성능 저하 없이, 다수의 표적을 탐지·추적할 수 있는 것이다.
1 : 송신 안테나
2 : 수신 안테나
3 : 안테나 빔
10 : 위상동일 부배열(부배열)
20 : 위상 왜곡
30 : 특정 방향에 대한 안테나 빔 신호값
31 : 안테나 빔을 송수신하는 특정 방향
40 : Vtar = + 28 m/s 인 경우, 보상 전 수신 안테나 빔의 부엽
41 : 안테나 빔을 송수신하는 특정 방향 이외의 방향
50 : Vtar = 0 m/s 인 경우, 보상 전 안테나 빔의 부엽
60 : Vtar = - 28 m/s 인 경우, 보상 전 안테나 빔의 부엽
70 : Vtar = + 28 m/s 인 경우, 보상 후 안테나 빔의 부엽
100 : 안테나 빔 방향별 신호(값)
200 : 안테나 빔 부배열 패턴
300 : 안테나 빔 방향별 개선신호(값)

Claims (4)

  1. 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법에 있어서,
    수신 안테나가 수신한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 방향별 신호값을 연산하는 신호 연산단계;
    상기 안테나 빔 중 위상이 동일한 안테나 빔으로부터 안테나 빔 부배열 패턴를 추출하는 부배열 패턴 추출단계; 및
    상기 안테나 빔 방향별 신호 값을 상기 안테나 빔 부배열 패턴으로 보상하여, 안테나 빔 방향별 개선신호값을 연산하는 신호 보상단계;를 포함하되,
    상기 안테나 빔 방향별 신호값은 다음식,
    Figure 112015021008641-pat00008

    (여기서, AF(θ) 는 안테나 빔 방향별 신호값이고, Amn 은 M×N개의 수신안테나 빔의 신호가중치이며, P(m,n)은 위상 왜곡 특성값이고, k0는 송수신주파수 정보이며, m 은 m 번째 송신 안테나 위치이고, dtx 는 송신 안테나 간 거리이며, n은 n 번째 수신 안테나 위치이고, drx 는 수신 안테나 간 거리이며, θ는 신호가 들어오는 방향이고, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각임)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에있어서,
    상기 부배열패턴 추출단계에서,
    상기 안테나 빔 부배열 패턴은 다음식,
    Figure 112014029374228-pat00009

    (여기서, AF(θ) 는 안테나 빔 부배열 패턴이고, Bn 는 N개의 수신안테나 빔의 신호가중치이며, k0는 송수신주파수 정보이고, n은 n 번째 수신 안테나 위치이며, drx 는 수신 안테나 간 거리이고, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각임) 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 보상단계에서,
    상기 안테나 빔 방향별 개선신호값는 다음식,
    Figure 112014029374228-pat00010

    (여기서, AF(θ) 는 안테나 빔 방향별 개선신호값(300)이고, M은 송신 안테나의 개수이며, N은 수신 안테나의 개수이고, Amn 은 M×N개의 수신안테나 빔의 신호가중치이며, Bn 는 위상 왜곡이 발생하지 않은 N개의 부배열 수신안테나 빔의 신호가중치이고, P(m,n)은 위상 왜곡 특성값이며, k0는 송수신주파수 정보이고, m 은 m 번째 송신 안테나 위치이며, dtx 는 송신 안테나 간 거리이고, n은 수신 안테나의 위치이며, drx 는 수신 안테나 간 거리이고, θs 는 지표면에 수직인 기준면에 대한 안테나 빔 방향각임) 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법.
KR1020140035750A 2014-03-27 2014-03-27 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법 KR101536249B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140035750A KR101536249B1 (ko) 2014-03-27 2014-03-27 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140035750A KR101536249B1 (ko) 2014-03-27 2014-03-27 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101536249B1 true KR101536249B1 (ko) 2015-07-13

Family

ID=53793091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140035750A KR101536249B1 (ko) 2014-03-27 2014-03-27 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101536249B1 (ko)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101887589B1 (ko) 2018-01-16 2018-08-10 엘아이지넥스원 주식회사 탐지 성능이 개선된 장거리 레이더의 안테나 장치 및 이에 적용되는 전기적 특성을 개선하는 접속 모듈
WO2020102813A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-22 Totemic Labs, Inc. System and method for processing multi-directional wireless backscattered signals
US11004567B2 (en) 2017-08-15 2021-05-11 Koko Home, Inc. System and method for processing wireless backscattered signal using artificial intelligence processing for activities of daily life
US11071473B2 (en) 2019-02-11 2021-07-27 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals and AI processors from multiple sources
US11163052B2 (en) 2018-11-16 2021-11-02 Koko Home, Inc. System and method for processing multi-directional frequency modulated continuous wave wireless backscattered signals
US11184738B1 (en) 2020-04-10 2021-11-23 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi core processors, signals, and AI processors from multiple sources to create a spatial heat map of selected region
US11240635B1 (en) 2020-04-03 2022-02-01 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals, and AI processors from multiple sources to create a spatial map of selected region
US11719804B2 (en) 2019-09-30 2023-08-08 Koko Home, Inc. System and method for determining user activities using artificial intelligence processing
US11948441B2 (en) 2019-02-19 2024-04-02 Koko Home, Inc. System and method for state identity of a user and initiating feedback using multiple sources
US11971503B2 (en) 2019-02-19 2024-04-30 Koko Home, Inc. System and method for determining user activities using multiple sources
US11997455B2 (en) 2019-02-11 2024-05-28 Koko Home, Inc. System and method for processing multi-directional signals and feedback to a user to improve sleep
US12028776B2 (en) 2021-12-15 2024-07-02 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals and AI processors from multiple sources to create a spatial map of selected region

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020035223A (ko) * 2000-11-04 2002-05-11 배장휘 위성방송 이동수신 안테나 시스템 및 위성추적 방법
KR100358106B1 (ko) * 1999-12-24 2002-10-25 한국전자통신연구원 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템 및위성추적을 위한 빔 제어방법
KR100594962B1 (ko) * 2003-10-30 2006-06-30 한국전자통신연구원 위성통신용 안테나 시스템 및 이를 이용한 위성신호 추적방법
KR100750967B1 (ko) * 2006-05-02 2007-08-22 한국전기연구원 가상 배열형 안테나 시스템 기반의 근거리 고해상도 차량용레이더 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100358106B1 (ko) * 1999-12-24 2002-10-25 한국전자통신연구원 이동 위성통신용 능동위상배열 안테나 시스템 및위성추적을 위한 빔 제어방법
KR20020035223A (ko) * 2000-11-04 2002-05-11 배장휘 위성방송 이동수신 안테나 시스템 및 위성추적 방법
KR100594962B1 (ko) * 2003-10-30 2006-06-30 한국전자통신연구원 위성통신용 안테나 시스템 및 이를 이용한 위성신호 추적방법
KR100750967B1 (ko) * 2006-05-02 2007-08-22 한국전기연구원 가상 배열형 안테나 시스템 기반의 근거리 고해상도 차량용레이더 시스템

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11776696B2 (en) 2017-08-15 2023-10-03 Koko Home, Inc. System and method for processing wireless backscattered signal using artificial intelligence processing for activities of daily life
US11004567B2 (en) 2017-08-15 2021-05-11 Koko Home, Inc. System and method for processing wireless backscattered signal using artificial intelligence processing for activities of daily life
US11462330B2 (en) 2017-08-15 2022-10-04 Koko Home, Inc. System and method for processing wireless backscattered signal using artificial intelligence processing for activities of daily life
KR101887589B1 (ko) 2018-01-16 2018-08-10 엘아이지넥스원 주식회사 탐지 성능이 개선된 장거리 레이더의 안테나 장치 및 이에 적용되는 전기적 특성을 개선하는 접속 모듈
WO2020102813A1 (en) * 2018-11-16 2020-05-22 Totemic Labs, Inc. System and method for processing multi-directional wireless backscattered signals
US11163052B2 (en) 2018-11-16 2021-11-02 Koko Home, Inc. System and method for processing multi-directional frequency modulated continuous wave wireless backscattered signals
US11071473B2 (en) 2019-02-11 2021-07-27 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals and AI processors from multiple sources
US11997455B2 (en) 2019-02-11 2024-05-28 Koko Home, Inc. System and method for processing multi-directional signals and feedback to a user to improve sleep
US11948441B2 (en) 2019-02-19 2024-04-02 Koko Home, Inc. System and method for state identity of a user and initiating feedback using multiple sources
US11971503B2 (en) 2019-02-19 2024-04-30 Koko Home, Inc. System and method for determining user activities using multiple sources
US11719804B2 (en) 2019-09-30 2023-08-08 Koko Home, Inc. System and method for determining user activities using artificial intelligence processing
US11240635B1 (en) 2020-04-03 2022-02-01 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals, and AI processors from multiple sources to create a spatial map of selected region
US11736901B2 (en) 2020-04-10 2023-08-22 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals, and AI processors from multiple sources to create a spatial heat map of selected region
US11558717B2 (en) 2020-04-10 2023-01-17 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals, and AI processors from multiple sources to create a spatial heat map of selected region
US11184738B1 (en) 2020-04-10 2021-11-23 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi core processors, signals, and AI processors from multiple sources to create a spatial heat map of selected region
US12028776B2 (en) 2021-12-15 2024-07-02 Koko Home, Inc. System and method for processing using multi-core processors, signals and AI processors from multiple sources to create a spatial map of selected region

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101536249B1 (ko) 고속 표적 탐지용 가상배열 안테나 빔 성능 개선방법
KR102495782B1 (ko) 3d 프린트된 루네부르크 렌즈를 사용하는 새로운 차량 레이더
KR101172240B1 (ko) 센서 및 얼라이먼트 조절 방법
EP2963442B1 (en) Radar apparatus
US9470782B2 (en) Method and apparatus for increasing angular resolution in an automotive radar system
US10989799B2 (en) Radar and antenna built in radar
KR101890352B1 (ko) 차량용 레이더 장치 및 그의 고스트 제거 방법
US9927518B2 (en) Apparatus for detecting location information of target
EP4071501A1 (en) Signal processing method and apparatus
KR20200108540A (ko) 레이더 장치, 레이더 장치용 안테나 장치 및 레이더 장치의 제어 방법
US20190377083A1 (en) Radar sensor having a two-dimensional beam scan and L-, U- or T-shaped structure for mounting in the region of the front radiator of an automobile
CN115542243A (zh) 基于阵列天线的干涉仪测向方法及***
JP6324108B2 (ja) 合成開口レーダ装置
CN113419219B (zh) 基于空域特征认知的外辐射源雷达同频干扰级联相消方法
US20210349209A1 (en) Radar device for vehicle, controlling method of radar device and radar system for vehicle
JP2008157735A (ja) 電子走査レーダのビーム制御装置
CN105353386A (zh) 一种利用惯性导航设备的导航接收机抗干扰的方法和装置
EP2281325B1 (en) A process for minimising jammer noise in receiver systems
JP2001242243A (ja) バイスタティックレーダ装置
US20220043107A1 (en) Radar and antenna apparatus built in radar
JP2005189107A (ja) レーダ装置
JP4879761B2 (ja) レーダ装置
JP3894490B2 (ja) レーダ装置及びアンテナ開口面の分割制御方法
CN113625279A (zh) 检测雷达装置的垂直安装未对齐的装置和方法和具有该装置的雷达装置
RU71781U1 (ru) Пассивный радиолокационный комплекс

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180703

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190702

Year of fee payment: 5