KR101768199B1 - Method for improving accuracy azimuth of seeker using sea clutter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법에 관한 것으로, 특히 해면 클러터 수신 신호를 이용한 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving azimuth accuracy of a searcher, and more particularly, to a method for improving azimuth accuracy of a searcher using a sea surface clutter receiving signal.
탐색기 중 전자파를 이용하는 전자파 탐색기는 고주파수의 전파 신호를 방사하고, 방사된 전파 신호가 반사된 반사파를 수신 및 분석하여 표적의 위치 및 속도를 판별한다.An electromagnetic wave searcher using an electromagnetic wave in a searcher emits a radio wave signal of a high frequency and receives and analyzes a reflected wave of the radiated wave signal to discriminate the position and speed of the target.
그러나 실제 반사파에는 표적에서 반사된 반사파뿐만 아니라 의도하지 않게 반사되어 수신되는 불필요한 반사파인 클러터 신호가 포함된다. 클러터는 표적에 의해 반사된 반사파 이외에 모든 반사파를 의미하며, 클러터를 유발하는 요인은 지면, 해면, 날씨, 동식물 및 재밍 신호 등으로 다양하게 존재한다. 이중 해면에서 발생하는 해면 클러터는 주로 해면의 불규칙성에 의해 발생하며, 파도의 높이, 풍향, 안테나의 높이에 영향을 크게 받아 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 기본적으로 모든 전자파 탐색기는 불필요한 반사파인 클러터 신호를 제거하기 위해 연구가 진행되어 왔으며, 해상의 표적을 탐색하는 탐색기의 경우, 특히 해면 클러터를 제거하기 위한 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 즉 반사파에 포함된 클러터 신호를 표적에서 반사된 신호와 구분할 수 있다.However, the actual reflected wave includes not only the reflected wave reflected from the target but also the clutter signal, which is unwanted reflected wave that is received unintentionally. Clutter means all reflected waves in addition to reflected waves reflected by the target. Clutter is caused by various factors such as ground, sea surface, weather, plants and animals, and jamming signals. It is known that the sea surface clutter originating from double sea surface is mainly caused by the irregularity of the sea surface, and is influenced by the height of the waves, the wind direction, and the height of the antenna. Therefore, all electromagnetic wave searchers have been studied to remove clutter signals, which are unnecessary reflected waves, and researches have been conducted variously in order to remove the sea clutter. That is, the clutter signal included in the reflected wave can be distinguished from the reflected signal from the target.
한편, 전자파 탐색기 중 모노펄스 레이더는 펄스 신호를 방사하고, 방사된 펄스 신호의 반사파로부터 합(SUM) 채널 신호와 두 개의 차(ΔAZ, ΔEL) 채널 신호를 추출한다. 그리고 추출된 합(SUM) 채널 신호와 두 개의 차(ΔAZ, ΔEL) 채널 신호를 이용하여 표적에 대한 거리와 속도, 방위각(Azimuth) 및 고도(Elevation) 정보를 추출한다. 즉 한번의 펄스 신호를 방사하여 표적에 대한 거리와 속도, 방위각 및 고도 정보를 모두 획득할 수 있어, 표적을 추적하는 추적 탐색기에 자주 이용된다.Meanwhile, the monopulse radar of the electromagnetic wave searcher emits a pulse signal, and extracts a sum (SUM) channel signal and two difference (? AZ,? EL) channel signals from the reflected wave of the emitted pulse signal. Then, distance, velocity, azimuth and elevation information of the target are extracted using the extracted sum (SUM) channel signal and two difference (ΔAZ, ΔEL) channel signals. In other words, one pulse signal can be radiated to acquire both distance, velocity, azimuth, and altitude information about the target, and it is often used in the tracker to track the target.
모노펄스 탐색기는 표적 탐색의 정확도를 위해서는 합채널 신호와 차채널 신호 사이의 위상이 정확히 일치해야 하지만, 해상에서 운용되는 탐색기는 해상 환경이나 채널간 소자의 불균일성 특성 등으로 인해 위상에 오차가 발생할 수 있다. 이 경우, 표적에 대한 방위각 정보의 정확도가 떨어지는 문제가 있다.In the monopulse searcher, the phase between the sum channel signal and the difference channel signal must be exactly the same for the accuracy of the target search. However, the searcher operated in the sea may cause an error in the phase due to the non- have. In this case, the accuracy of the azimuth angle information with respect to the target is deteriorated.
본 발명의 목적은 해면 클러터를 이용하여 해상 표적을 탐색하는 탐색기의 방위각 정확도를 향상 시킬 수 있는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for improving azimuth accuracy of a searcher capable of improving azimuth accuracy of a searcher for searching for a maritime target using a sea surface clutter.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법은 탐색기가 기설정된 조향 각도로 해상을 향해 빔을 방사하고, 수신 신호를 수신하여 합채널 신호 및 차채널 신호를 획득하는 단계; 상기 합채널 신호 및 상기 차채널 신호에 대해 FFT를 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 상기 탐색기의 탐색 범위에 대응하여 탐색 거리별로 설정된 복수개의 거리 샘플 각각에서 변환된 상기 합채널 신호 및 상기 차채널 신호 사이의 위상차를 추정하는 단계; 추정된 상기 위상차의 평균을 계산하여 평균 위상차를 획득하고, 도플러 주파수에 대한 상기 평균 위상차 변화에서 상기 수신 신호 중 해면 클러터에 대응하는 해면 클러터 영역의 상기 평균 위상차 변화에 대한 기울기값을 획득하는 단계; 상기 기울기값을 실험을 통해 미리 획득된 모노펄스 기울기와 비교하여, 비교값이 기설정된 기준 범위 이내인지 판별하는 단계; 및 상기 비교값이 상기 기준 범위 이내가 아니면, 상기 비교값에 대응하는 위상차 보상값을 계산하고, 계산된 상기 위상차 오차 보상값을 변환된 상기 차채널 신호에 적용하여 방위각 오차를 보상하는 단계; 를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of improving azimuth accuracy of a searcher, comprising: a searcher radiating a beam toward a sea at a predetermined steering angle; receiving a received signal to acquire a sum channel signal and a difference channel signal; step; Performing FFT on the sum channel signal and the difference channel signal to convert the signal into a frequency domain signal; Estimating a phase difference between the sum channel signal and the difference channel signal transformed in each of the plurality of distance samples set for each search distance corresponding to the search range of the searcher; Obtaining an average phase difference by calculating an average of the estimated phase differences, and obtaining a slope value with respect to the average phase difference change of the sea surface clutter region corresponding to the sea level clutter among the received signals at the average phase difference variation with respect to the Doppler frequency step; Comparing the slope value with a monopulse slope previously obtained through an experiment to determine whether the comparison value is within a preset reference range; Calculating a phase difference compensation value corresponding to the comparison value if the comparison value is not within the reference range and compensating the azimuth error by applying the calculated phase difference error compensation value to the converted difference channel signal; .
상기 신호를 획득하는 단계는 상기 조향 각도로 기지정된 주파수의 펄스 파형의 빔을 방사하는 단계; 및 상기 수신 신호를 수신하고, 상기 수신 신호를 상기 합채널 신호와 방위각 방향으로 구분된 차채널 신호로 구분하여 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein acquiring the signal comprises: emitting a beam of a pulse waveform of a predefined frequency to the steering angle; And receiving the received signal and dividing the received signal into a difference channel signal separated in the azimuth angle direction from the sum channel signal, And a control unit.
상기 위상차를 추정하는 단계는 변환된 상기 합채널 신호(SUMFFT)와 변환된 상기 차채널 신호(DIFFFFT) 사의의 상기 위상차를 수학식 The step of estimating the phase difference may further include calculating the phase difference of the sum channel signal (SUM FFT ) and the converted difference channel signal (DIFF FFT )
(여기서, atan은 아크탄젠트 함수이고, imag는 복소수의 허수부 획득 함수이다.)에 따라 추정하는 것을 특징으로 한다.(Where atan is an arctangent function and imag is an imaginary part acquisition function of a complex number).
상기 기울기값을 획득하는 단계는 거리 샘플 각각에서 추정된 상기 위상차의 평균을 계산하여 평균 위상차를 획득하는 단계; 상기 도플러 주파수의 변화에 따른 상기 평균 위상차의 변화를 분석하여, 상기 해면 클러터 영역을 판별하는 단계; 및 상기 해면 클러터 영역에서 상기 도플러 주파수의 변화에 대한 상기 평균 위상차의 변화의 기울기값을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The obtaining of the slope value may include calculating an average of the phase differences estimated in each of the distance samples to obtain an average phase difference; Analyzing a change in the average phase difference according to a change in the Doppler frequency to discriminate the sea surface clutter region; Calculating a slope value of a change in the average phase difference with respect to a change in the Doppler frequency in the sponge clutter region; And a control unit.
상기 해면 클러터 영역은 수학식 The sponge clutter region is defined by equation
(여기서, n은 FFT가 수행된 펄스의 개수이고, V는 탐색기의 이동 속도를 나타내고, φ는 탐색기에서 빔을 방사하는 조향 각도를 나타내며, ψ는 방사된 빔의 빔폭을 나타낸다. 그리고 λ는 빔의 파장을 나타내며, f는 펄스 반복 주파수를 나타낸다.)에 따라 SCA1_x 이상, SCA2_x 이하인 영역으로 판별되는 것을 특징으로 한다.(Where n is the number of pulses subjected to the FFT, V is the speed of travel of the seeker,? Is the steering angle at which the beam is emitted by the seeker,? Is the beam width of the emitted beam, And f is a pulse repetition frequency), it is determined that the region is SCA1_x or more and SCA2_x or less.
상기 방위각 오차를 보상하는 단계는 상기 위상차 보상값을 (3π/2 * 비교값 + π/2)로 계산하는 단계; 및 상기 위상차 보상값을 변환된 상기 차채널 신호에 적용하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step of compensating for the azimuth error may include: calculating the phase difference compensation value as (3? / 2 * comparison value +? / 2); And applying the phase difference compensation value to the transformed difference channel signal; And a control unit.
상기 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법은 상기 방위각 오차를 보상한 후, 보상된 상기 차채널 신호와 상기 합채널 신호를 이용하여, 상기 비교값을 계산하고, 상기 비교값이 상기 기준 범위 이내로 될 때까지 상기 방위각 오차를 반복하여 보상하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the azimuth angle accuracy of the searcher is calculated by compensating the azimuth error and then using the compensated difference channel signal and the sum channel signal to calculate the comparison value, Repeatedly compensating the azimuth error; And further comprising:
따라서, 본 발명의 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법은 표적을 탐색하기 이전에 해상으로 빔을 방사하고, 해면 클러터에 의해 반사되어 수신된 신호에 대해 합채널 신호와 차채널 신호 사이의 도플러 주파수의 위상차를 거리 샘플별로 추정하고 평균하여 평균 위상차를 획득하고, 도플러 주파수에 대한 평균 위상차의 변화를 미리 측정된 모노펄스 기울기와 비교하여, 탐색기의 방위각 오차를 표적을 탐색 이전에 보정할 수 있도록 한다. 그러므로 별도의 수단이나 측정 대상을 구비하지 않아도 방위각 오차를 보정할 수 있을 뿐만 아니라, 표적을 탐지하기 위해 이동하는 동안에도 방위각 오차를 보정할 수 있다.Therefore, the method of improving azimuth accuracy of the searcher of the present invention emits a beam in the sea before searching for a target and provides a phase difference of the Doppler frequency between the sum channel signal and the difference channel signal for the signal reflected and received by the sea surface clutter Is obtained and averaged for each distance sample to obtain an average phase difference, and the change of the average phase difference with respect to the Doppler frequency is compared with a previously measured monopulse slope so that the azimuth error of the searcher can be corrected before searching the target. Therefore, not only the azimuth error can be corrected without providing any means or measurement object, but also the azimuth error can be corrected while moving to detect the target.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법을 나타낸다.
도2 는 FFT가 수행된 합채널 신호와 차채널 신호의 일예를 나타난다.
도3 은 해면 클러터가 포함된 수신 신호의 도플러 주파수에 따른 평균 위상차 그래프를 나타낸다.
도4 는 안테나 실험을 통해 미리 획득된 도플러 주파수에 따른 평균 위상차 그래프를 나타낸다.FIG. 1 illustrates a method for improving azimuth accuracy of a searcher according to an embodiment of the present invention.
2 shows an example of a sum channel signal and a difference channel signal on which FFT is performed.
3 shows an average phase difference graph according to Doppler frequency of a received signal including a sea surface clutter.
4 shows an average phase difference graph according to the Doppler frequency obtained in advance through the antenna experiment.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention can be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described. In order to clearly describe the present invention, parts that are not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings denote the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. The terms "part", "unit", "module", "block", and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, And a combination of software.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법을 나타낸다.FIG. 1 illustrates a method for improving azimuth accuracy of a searcher according to an embodiment of the present invention.
도1 을 참조하여, 본 발명의 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법을 설명하면, 우선 탐색기는 안테나의 조향 각도를 조절하여 미리 지정된 방향으로 빔을 방사한다(S10). 본 발명에서 탐색기는 해상의 표적을 탐지하기 위한 탐색기 인 것으로 가정하므로, 빔은 해상을 향해 방사된다. 본 발명에서 탐색기는 모노펄스 탐색기인 것으로 가정하며, 따라서 펄스 파형의 빔이 기설정된 각도 범위에서 방사된다. 이때 빔이 방사되는 해상에는 표적이 존재하지 않는 것으로 가정한다. 실제 해상의 특성을 고려할 때, 탐색기가 유도 무기 등에 탑재되어 표적을 향해 이동하는 동안, 해상에 방사된 빔을 반사할 수 있는 물체가 존재할 확률은 매우 희박하다. 특히 본 발명에서 탐색기는 표적을 탐지하기 이전에 방위각 정확도를 향상시키기 위해 빔을 방사하므로, 표적뿐만 아니라 빔을 반사 할 수 있는 물체가 존재하지 않은 것으로 확인된 영역으로 빔을 방사할 수 있다.Referring to FIG. 1, a method for improving azimuth accuracy of a searcher according to the present invention will be described. First, a searcher irradiates a beam in a predetermined direction by adjusting a steering angle of the antenna (S10). In the present invention, it is assumed that the searcher is a searcher for detecting a target in the sea, so that the beam is radiated toward the sea. In the present invention, the searcher is assumed to be a monopulse searcher, so that the beam of the pulse waveform is emitted in a predetermined angular range. At this time, it is assumed that there is no target on the sea where the beam is radiated. Considering the characteristics of the actual ocean, the probabilities that an object capable of reflecting the beam radiated on the sea are very rare while the navigator is mounted on a guided weapon and moved toward the target. In particular, the searcher in the present invention emits a beam to improve azimuthal accuracy prior to detecting the target, so that the beam can be emitted not only to the target but also to an area where it is determined that no object capable of reflecting the beam is present.
그리고 탐색기는 안테나를 통해 수신된 수신 신호를 합채널 신호(SUM) 및 차채널 신호(DIFF)로 구분한다(S20). 대부분의 모노펄스 탐색기는 한번의 빔 방사를 통해 합채널 신호(SUM)와 고각 차채널 신호(ΔEL) 및 방위각 차채널 신호(ΔAZ)를 획득하도록 구성된다. 그러나 본 발명과 같이 해상의 표적을 탐색하는 탐색기의 경우, 표적이 해상이라는 제한된 영역에 존재하므로 고각 차채널 신호(ΔEL)가 불필요하다. 따라서 고각 차채널 신호(ΔEL)를 획득하지 않도록 구성될 수 있으며, 본 발명에서 차채널 신호(DIFF)는 방위각 차채널 신호(ΔAZ)를 의미한다.Then, the searcher divides the received signal received through the antenna into a sum channel signal SUM and a difference channel signal DIFF (S20). Most monopulse searchers are configured to acquire a sum channel signal SUM, a high-angle difference channel signal DELTA EL and an azimuth difference channel signal DELTA AZ through a single beam emission. However, as in the present invention, in the case of a searcher for searching a target in the sea, the high-angle channel signal? EL is unnecessary because the target exists in a limited area of the sea. Therefore, it can be configured not to acquire the high-angle channel signal? EL, and in the present invention, the differential channel signal DIFF means the azimuth-difference channel signal? AZ.
이때 탐색기로 수신되는 수신 신호는 탐색기가 반사할 대상이 존재하지 않는 해상을 향해 빔을 방사하였으므로 대부분 잡음이며, 일부 해면 클러터가 포함될 수 있다.At this time, the received signal received by the searcher is mostly noise because the beam emitted toward the sea where the object to be reflected does not exist, and some sea surface clutter may be included.
탐색기는 합채널 신호(SUM)와 차채널 신호(DIFF)가 획득되면, 획득된 시간 영역의 합채널 신호(SUM)와 차채널 신호(DIFF)를 신호 해석이 용이하도록 고속 푸리에 변환(FFT)하여 주파수 도메인의 신호로 변환한다(S30).When the sum channel signal SUM and the difference channel signal DIFF are obtained, the searcher performs fast Fourier transform (FFT) on the sum channel signal SUM and the difference channel signal DIFF of the acquired time domain to facilitate signal analysis Into a frequency domain signal (S30).
도2 는 FFT가 수행된 합채널 신호와 차채널 신호의 일예를 나타난다.2 shows an example of a sum channel signal and a difference channel signal on which FFT is performed.
도2 에서 (a)는 합채널 신호(SUM)에 대한 FFT 수행 결과를 나타내고, (b)는 차채널 신호(DIFF)에 대한 FFT 수행 결과를 나타낸다. 그리고 (a) 및 (b)에서 x축은 거리에 따라 구분되어 획득된 거리 샘플(Range Samples)을 나타내고, y축은 도플러 주파수(Doppler Frequency : DF)를 나타낸다. 도2 에서는 거리 샘플의 개수가 350개이고, 도플러 주파수(DF)는 64개의 구간으로 구분하여 식별하였다.In FIG. 2, (a) shows the result of performing the FFT on the sum channel signal SUM and (b) shows the result of performing the FFT on the differential channel signal DIFF. In (a) and (b), the x-axis represents the distance samples obtained by dividing the distance, and the y-axis represents the Doppler frequency (DF). In Fig. 2, the number of distance samples is 350 and the Doppler frequency (DF) is divided into 64 sections.
도2 에 도시된 바와 같이, FFT 수행되어 주파수 영역의 신호로 변환된 합채널 신호(SUM)와 차채널 신호(DIFF)에서 대부분의 신호 성분은 도플러 주파수(DF)의 64개 구간 중 25 ~ 40 구간 사이에 존재한다. 그리고 거리에 따라 구분되어 획득된 350개의 거리 샘플 중 130 ~ 190 거리 샘플이 나머지 거리 샘플과 신호 성분에 차이가 있음을 알 수 있다. 다른 거리 샘플과 신호 성분에 차이가 존재하는 130 ~ 190 거리 샘플의 신호는 탐색기에서 방사된 빔이 해면에서 반사된 해면 클러터 신호이며, 나머지 거리 샘플에서의 신호는 순수 잡음 성분이다.2, most of the signal components in the sum channel signal SUM and the difference channel signal DIFF, which are subjected to the FFT and converted into the frequency domain signals, are divided into 25 to 40 out of 64 periods of the Doppler frequency DF, Lt; / RTI > It can be seen that 130 to 190 distance samples among 350 distance samples obtained by distances are different from the remaining distance samples and signal components. The signals of 130-190 distance samples with different distance samples and signal components are the sea surface clutter signals reflected from the sea surface by the beam emitted from the searcher and the signals from the remaining distance samples are pure noise components.
한편 탐색기는 모든 거리 샘플 각각에서 FFT가 수행된 합채널 신호(SUMFFT)와 차채널 신호(DIFFFFT) 사이의 위상차(θ)를 수학식 1에 따라 추정한다(S40).The searcher estimates the phase difference (?) Between the sum channel signal (SUM FFT ) and the difference channel signal (DIFF FFT ) in which the FFT is performed in all the distance samples according to Equation (1) (S40).
(여기서, atan은 아크탄젠트 함수이고, imag는 복소수의 허수부를 획득 함수이다.)(Where atan is the arctangent function and imag is the acquisition function of the imaginary part of the complex number.)
즉 수학식 1은 주파수 영역으로 변환되어 복소수 형태로 표현되는 합채널 신호(SUMFFT)와 차채널 신호(DIFFFFT)의 비(ratio)에 대해 허수부를 추출하고, 추출된 허수부에 대한 아크탄젠트 값을 획득한다. 아크탄젠트 함수는 탄젠트 함수의 역함수이므로 추출된 imag 함수에서 획득된 허수부의 값에 대응하는 각도값을 획득한다. 결과적으로 FFT가 수행된 합채널 신호(SUMFFT)와 차채널 신호(DIFFFFT) 사이의 위상차(θ)를 추정할 수 있다.In Equation (1), an imaginary part is extracted with respect to a ratio of a sum channel signal (SUM FFT ) and a differential channel signal (DIFF FFT ), which is transformed into a frequency domain and expressed in complex form, ≪ / RTI > Since the arc tangent function is an inverse function of the tangent function, an angle value corresponding to the value of the imaginary part obtained from the extracted imag function is obtained. As a result, the phase difference (?) Between the sum channel signal (SUM FFT ) and the difference channel signal (DIFF FFT ) on which the FFT is performed can be estimated.
그리고 탐색기는 모든 거리 샘플에서 추정된 위상차(θ)의 평균을 계산한다(S50). 상기에서는 거리 샘플이 350인 것으로 가정하였으므로, 350개의 거리 샘플 각각에서 추정된 위상차(θ)에 대한 평균값인 평균 위상차(θavg)을 계산한다.Then, the searcher calculates an average of the estimated phase differences? In all the distance samples (S50). In the hayeoteumeuro assumed to be a distance of 350 samples, it calculates an average phase difference (θ avg) is the average value for the phase difference (θ) estimated from the distance of 350 samples each.
평균 위상차(θavg)가 계산되면, 탐색기는 계산된 평균 위상차(θavg)를 도3 에 도시된 바와 같이, 도플러 주파수(DF)에 따라 구분한다.If the average phase difference (θ avg) calculated, the Browser is the calculated average phase difference (θ avg) as shown in Figure 3, it is divided according to the Doppler frequency (DF).
도3 은 해면 클러터가 포함된 수신 신호의 도플러 주파수에 따른 평균 위상차 그래프를 나타내고, 도4 는 안테나 실험을 통해 미리 획득된 도플러 주파수에 따른 평균 위상차 그래프를 나타낸다.3 shows an average phase difference graph according to the Doppler frequency of the received signal including the sea surface clutter, and FIG. 4 shows an average phase difference graph according to the Doppler frequency acquired in advance through the antenna experiment.
수학식 1 에 의해 계산된 거리 샘플별 위상차(θ)들에 대한 평균 위상차(θavg)는 도3 에 나타난 바와 같이 도플러 주파수(DF)에 대한 그래프로 표현될 수 있다. 도2 에서 도플러 주파수(DF)가 64개 구간으로 구분되어 식별되는 것으로 설명하였으므로, 도3 에서도 도플러 주파수(DF)는 64개 구간으로 구분되었으며, 평균 위상차(θavg)는 -π/2 ~ π/2의 범위를 -1 ~ 1의 구간으로 표현하였다.The average phase difference [theta] avg for the phase differences [theta] according to the distance samples calculated by the equation (1) can be expressed by a graph for the Doppler frequency DF as shown in Fig. FIG hayeoteumeuro said to be the Doppler frequency (DF) is identified, is divided into 64 sectors in the second, the Doppler frequency (DF) in Figure 3 has been divided into 64 intervals, the average phase difference (θ avg) is -π / 2 ~ π / 2 is expressed as a range of -1 to 1.
그리고 탐색기는 판별된 도플러 주파수(DF)에 따른 평균 위상차(θavg)에서 해면 클러터 영역의 기울기 값을 계산한다(S60). And searcher calculates the slope value of the surface of the sea clutter area in the average phase difference (θ avg) according to the determined Doppler frequency (DF) (S60).
해면 클러터 영역(SCA)은 도3 의 그래프에서 붉은 색 사각형으로 표시된 영역으로, 수학식 2 에 따라 판별될 수 있다.The sea surface clutter region SCA is an area indicated by a red square in the graph of FIG. 3, and can be determined according to Equation (2).
수학식 2에서 n은 FFT가 수행된 펄스의 개수로서 일 예로 8, 16, 32 또는 64개일 수 있으며, 도3 에서는 64개의 펄스에 대해 FFT 수행된 경우를 나타낸다. V는 탐색기의 이동 속도를 나타내며, φ는 탐색기에서 빔을 방사하는 조향 각도를 나타내낸다. 그리고 ψ는 방사된 빔의 빔폭을 나타내고, λ는 빔의 파장을 나타내며, f는 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency : PRF)를 의미한다.In Equation (2), n may be 8, 16, 32, or 64, for example, the number of pulses subjected to FFT. In FIG. 3, FFT is performed for 64 pulses. V represents the traveling speed of the searcher, and φ represents the steering angle at which the beam is emitted from the searcher. Ψ denotes the beam width of the emitted beam, λ denotes the wavelength of the beam, and f denotes a pulse repetition frequency (PRF).
그리고 수학식 2에서 (2*V*abs(sin(φ))*sin(ψ/2)/λ) 항목은 탐색기의 이동에 의해 발생되는 도플러 주파수이며, n/f 은 주파수 도메인에서 펄스수의 도메인으로 변경하기 위한 값이다. 그리고 (n/2)을 더하여 x축 방향으로 이동한다.In Equation (2), the item (2 * V * abs (sin ()) * sin (? / 2) /? Is the Doppler frequency generated by the movement of the searcher, and n / f is the number of pulses It is a value to change to domain. Then, (n / 2) is added to move in the x-axis direction.
수학식 2에 따라 탐색기의 이동 방향이 Y축 방향이라고 할 때, X축 기준으로 SCA1_x 이상, SCA2_x 이하인 영역을 해면 클러터 영역(SCA)으로 판별할 수 있다.If the moving direction of the searcher is the Y-axis direction according to Equation (2), an area that is SCA1_x or more and SCA2_x or less on the X-axis basis can be determined as the sponge clutter area (SCA).
탐색기는 판별된 도플러 주파수(DF)에 따른 평균 위상차(θavg)의 그래프에서 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기 값을 획득할 수 있다. 도3 에 도시된 바와 같이, 잡음에 의한 성분과 달리 해면 클러터 영역에서는 도플러 주파수(DF)에 따른 평균 위상차(θavg)는 선형으로 나타나므로, 해면 클러터 영역에서 도플러 주파수(DF)에 따른 평균 위상차(θavg)는 y=ax+b 형태의 1차원 함수로 표현될 수 있다. 일예로 도3 에 도시된 해면 클러터 영역에서 도플러 주파수(DF)에 따른 평균 위상차(θavg)는 y=-0.3x+0.05 로 획득되었다. 여기서 y는 평균 위상차(θavg)이고, x는 도플러 주파수(DF)이다. 따라서 기울기(a)는 해면 클러터 영역(SCA)에서의 도플러 주파수(DF)에 대한 평균 위상차(θavg)의 관계를 나타낸다.Explorer can obtain the value of the slope of the surface of the sea clutter area (SCA) on the graph of the average phase difference (θ avg) according to the determined Doppler frequency (DF). 3, the contrast and the component due to the noise in the surface of the sea clutter area, so indicated by a linear average of phase difference (θ avg) according to the Doppler frequency (DF), on the surface of the sea clutter region of the Doppler frequency (DF) The average phase difference ([theta] avg ) can be expressed as a one-dimensional function of the form y = ax + b. Average in the surface of the sea clutter area shown in Figure 3 as an example in accordance with the Doppler frequency (DF) the phase difference (θ avg) was obtained by y = -0.3x + 0.05. Where y is the average phase difference (θ avg), x is the Doppler frequency (DF). Thus, the slope (a) shows a relationship between the average phase difference (θ avg) for the Doppler frequency (DF) on the surface of the sea clutter area (SCA).
한편 탐색기는 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)가 계산되면, 계산된 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)와 미리 실험을 통해 획득된 모노펄스 기울기(Mcr)의 비교값(a/Mcr)을 계산한다(S70). 여기서 모노펄스 기울기(Mcr)는 현재 안테나의 조향 각도와 동일한 각도와 빔폭 및 파장으로 빔을 방사하고, 방사된 빔이 반사된 반사파에 대해 도3 의 해면 클러터가 포함된 수신 신호의 도플러 주파수에 따른 평균 위상차 그래프를 획득하는 방식과 동일하게 안테나 실험을 통해 도4 에 도시된 바와 같은 도플러 주파수에 따른 기준 평균 위상차 그래프(θref)를 미리 판별함으로써 획득되는 기울기를 나타낸다. 여기서 안테나 실험은 사전에 계측기를 이용하여 동일한 위상의 신호를 안테나에 입력하고 출력되는 합, 차 채널의 신호를 수신하여, 앞의 과정과 동일하게 수행된 기울기를 측정하는 실험을 의미한다.On the other hand, when the slope a in the sea surface clutter region SCA is calculated, the searcher calculates the slope a in the calculated sea surface clutter region SCA and the slope a of the monopulse slope M cr obtained through experiment in advance The comparison value a / M cr is calculated (S70). Here, the monopulse slope (M cr ) radiates the beam at the same angle and beam width and wavelength as the current steering angle of the antenna, and for the reflected wave reflected by the emitted beam, the Doppler frequency Is obtained by preliminarily determining a reference average phase difference graph ( ref ) according to the Doppler frequency as shown in FIG. 4 through the antenna experiment in the same manner as the method of obtaining the average phase difference graph according to the Doppler frequency. Here, the antenna experiment refers to an experiment in which a signal of the same phase is input to the antenna by using an instrument in advance and a sum or difference signal of the output signal is received, and the slope performed in the same manner as the above process is measured.
해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)와 모노펄스 기울기(Mcr)가 동일한 조건에서 동일한 방식으로 계산되므로, 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)와 모노펄스 기울기(Mcr)의 비교값(a/Mcr)은 탐색기에 방위각 오차가 발생하지 않는 경우에 1로 계산되어야 한다. 즉 도3 의 그래프가 도4 와 같은 형태가 되어야 한다.Since the slope a in the sea surface clutter region SCA and the monopulse slope M cr are calculated in the same way under the same condition, the slope a in the sea surface clutter region SCA and the slope a in the monopulse slope M cr compare the value (a / M cr) of a) is to be calculated to 1, when the azimuth error does not occur in the explorer. That is, the graph of FIG. 3 should have the form as shown in FIG.
이에 탐색기는 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)와 모노펄스 기울기(Mcr)의 비교값(a/Mcr)이 기설정된 기준 범위(여기서는 일예로 0.8 ~ 1.2) 사이의 값이 되는지 판별한다(S80).Accordingly, the searcher may determine that the comparison value a / M cr between the slope a in the sea surface clutter region SCA and the monopulse slope M cr is a value between a predetermined reference range (S80).
만일 비교값(a/Mcr)이 기준 범위 이내인 것으로 판별되면, 탐색기는 방위각 오차가 허용 범위 이내인 것으로 판별하고, 표적에 대한 탐색을 수행한다(S90).If it is determined that the comparison value (a / M cr ) is within the reference range, the searcher determines that the azimuth error is within the allowable range, and searches for the target (S90).
그러나 비교값(a/Mcr)이 기준 범위 미만이거나 초과하면, 탐색기는 방위각 오차가 큰 것으로 판별하고, 위상차를 보정한다(S100). 이때 탐색기는 합채널 신호(SUM)과 차채널 신호(DIFF) 사이의 위상차 보상값(θcor)을 비교값(a/Mcr)에 대응하여 계산하여 보정할 수 있다.However, if the comparison value a / M cr is less than or greater than the reference range, the searcher determines that the azimuth error is large and corrects the phase difference (S100). At this time, the searcher can calculate and compensate the phase difference compensation value? Cor between the sum channel signal SUM and the difference channel signal DIFF according to the comparison value a / M cr .
탐색기는 위상차 보상값(θcor)을 (3π/2 * (a/Mcr) + π/2)로 계산할 수 있다.The searcher can calculate the phase difference compensation value [theta] cor by (3 [pi] / 2 * (a / Mcr ) + [pi] / 2).
그리고 계산된 위상차 보상값(θcor)을 FFT 수행된 차채널 신호(DIFFFFT)에 적용한다. 탐색기는 위상차 보상값(θcor)이 적용된 FFT 수행된 차채널 신호(DIFFFFT)를 이용하여 다시 거리 샘플 별 위상차 추정 단계(S40)부터 비교값(a/Mcr)이 기준 범위 이내로 될 때까지 반복 수행한다.Then, the calculated phase difference compensation value &thetas; cor is applied to the FFT-performed difference channel signal (DIFF FFT ). Explorer until within the phase difference compensation value (θ cor) is applied FFT performs a difference channel signal comparison value from the distance phase estimation step (S40) by the sample again using a (DIFF FFT) (a / M cr) the reference range Repeat this.
즉 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)가 모노펄스 기울기(Mcr)와 기준 범위 이내로 유사하게 수정될 때까지, 위상차 보상을 반복한다.The phase difference compensation is repeated until the slope a in the sea surface clutter region SCA is corrected to be similar to the monopulse slope M cr within the reference range.
그리고 해면 클러터 영역(SCA)에서의 기울기(a)가 모노펄스 기울기(Mcr)와 유사하게 되면, 위상차 보상값(θcor)을 저장하고, 저장된 위상차 보상값(θcor)이 적용되는 상태에서 표적을 탐색한다. 즉 방위각 오차에 대한 보상 정보를 이용하여 표적 탐색시 방위각 정확도를 향상시켜 표적을 탐색한다.When the slope a in the sea surface clutter region SCA becomes similar to the monopulse slope M cr , the phase difference compensation value θ cor is stored and the state where the stored phase compensation value θ cor is applied The target is searched. That is, using the compensation information for the azimuth error, the target is searched by improving the azimuth accuracy in the target search.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention can be implemented as a computer program stored in a medium for execution in a computer. Where the computer-readable medium can be any available media that can be accessed by a computer, and can also include both computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, (Digital Versatile Disk) -ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (7)
상기 합채널 신호 및 상기 차채널 신호에 대해 FFT를 수행하여 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
상기 탐색기의 탐색 범위에 대응하여 탐색 거리별로 설정된 복수개의 거리 샘플 각각에서 변환된 상기 합채널 신호 및 상기 차채널 신호 사이의 위상차를 추정하는 단계;
추정된 상기 위상차의 평균을 계산하여 평균 위상차를 획득하고, 도플러 주파수에 대한 상기 평균 위상차 변화에서 상기 수신 신호 중 해면 클러터에 대응하는 해면 클러터 영역의 상기 평균 위상차 변화에 대한 기울기값을 획득하는 단계;
상기 기울기값을 실험을 통해 미리 획득된 모노펄스 기울기와 비교하여, 비교값이 기설정된 기준 범위 이내인지 판별하는 단계; 및
상기 비교값이 상기 기준 범위 이내가 아니면, 상기 비교값에 대응하는 위상차 보상값을 계산하고, 계산된 상기 위상차 보상값을 변환된 상기 차채널 신호에 적용하여 방위각 오차를 보상하는 단계; 를 포함하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법.The searcher radiating a beam toward the sea at a predetermined steering angle, receiving a received signal to obtain a sum channel signal and a difference channel signal;
Performing FFT on the sum channel signal and the difference channel signal to convert the signal into a frequency domain signal;
Estimating a phase difference between the sum channel signal and the difference channel signal transformed in each of the plurality of distance samples set for each search distance corresponding to the search range of the searcher;
Obtaining an average phase difference by calculating an average of the estimated phase differences, and obtaining a slope value with respect to the average phase difference change of the sea surface clutter region corresponding to the sea level clutter among the received signals at the average phase difference variation with respect to the Doppler frequency step;
Comparing the slope value with a monopulse slope previously obtained through an experiment to determine whether the comparison value is within a preset reference range; And
Calculating a phase difference compensation value corresponding to the comparison value if the comparison value is not within the reference range and compensating the azimuth error by applying the calculated phase difference compensation value to the converted difference channel signal; Wherein the azimuth angle accuracy of the searcher is improved.
상기 조향 각도로 기지정된 주파수의 펄스 파형의 빔을 방사하는 단계; 및
상기 수신 신호를 수신하고, 상기 수신 신호를 상기 합채널 신호와 방위각 방향으로 구분된 차채널 신호로 구분하여 획득하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법.2. The method of claim 1, wherein obtaining the signal comprises:
Radiating a beam of a pulse waveform of a predefined frequency with the steering angle; And
Acquiring the received signal by dividing the received signal into a difference channel signal separated from the sum channel signal in an azimuth angle direction; Wherein the azimuth angle accuracy of the searcher is improved.
변환된 상기 합채널 신호(SUMFFT)와 변환된 상기 차채널 신호(DIFFFFT) 사의의 상기 위상차를 수학식
(여기서, atan은 아크탄젠트 함수이고, imag는 복소수의 허수부 획득 함수이다.)
에 따라 추정하는 것을 특징으로 하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법.2. The method of claim 1, wherein estimating the phase difference comprises:
The phase difference of the sum channel signal (SUM FFT ) and the converted difference channel signal (DIFF FFT )
(Where atan is an arctangent function and imag is an imaginary part acquisition function of a complex number).
Of the azimuth angle of the searcher.
거리 샘플 각각에서 추정된 상기 위상차의 평균을 계산하여 평균 위상차를 획득하는 단계;
상기 도플러 주파수의 변화에 따른 상기 평균 위상차의 변화를 분석하여, 상기 해면 클러터 영역을 판별하는 단계; 및
상기 해면 클러터 영역에서 상기 도플러 주파수의 변화에 대한 상기 평균 위상차의 변화의 기울기값을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법.4. The method of claim 3, wherein obtaining the slope value comprises:
Calculating an average of the phase differences estimated in each of the distance samples to obtain an average phase difference;
Analyzing a change in the average phase difference according to a change in the Doppler frequency to discriminate the sea surface clutter region; And
Calculating a slope value of a change in the average phase difference with respect to a change in the Doppler frequency in the sponge clutter region; Wherein the azimuth angle accuracy of the searcher is improved.
수학식
(여기서, n은 FFT가 수행된 펄스의 개수이고, V는 탐색기의 이동 속도를 나타내고, φ는 탐색기에서 빔을 방사하는 조향 각도를 나타내며, ψ는 방사된 빔의 빔폭을 나타낸다. 그리고 λ는 빔의 파장을 나타내며, f는 펄스 반복 주파수를 나타낸다.)
에 따라 SCA1_x 이상, SCA2_x 이하인 영역으로 판별되는 것을 특징으로 하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법.The method of claim 1, wherein the sponge clutter region
Equation
(Where n is the number of pulses subjected to the FFT, V is the speed of travel of the seeker,? Is the steering angle at which the beam is emitted by the seeker,? Is the beam width of the emitted beam, , And f represents the pulse repetition frequency).
Wherein the region is determined to be SCA1_x or more and SCA2_x or less.
상기 위상차 보상값을 (3π/2 * 비교값 + π/2)로 계산하는 단계; 및
상기 위상차 보상값을 변환된 상기 차채널 신호에 적용하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법.2. The method of claim 1, wherein compensating the azimuth error comprises:
Calculating the phase difference compensation value as (3? / 2 * comparison value +? / 2); And
Applying the phase difference compensation value to the transformed secondary channel signal; Wherein the azimuth angle accuracy of the searcher is improved.
상기 방위각 오차를 보상한 후, 보상된 상기 차채널 신호와 상기 합채널 신호를 이용하여, 상기 비교값을 계산하고, 상기 비교값이 상기 기준 범위 이내로 될 때까지 상기 방위각 오차를 반복하여 보상하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탐색기의 방위각 정확도 향상 방법. 2. The method of claim 1,
Calculating the comparison value using the compensated difference channel signal and the sum channel signal after compensating the azimuth error and repeatedly compensating the azimuth error until the comparison value is within the reference range, ; Wherein the azimuth angle accuracy of the searcher is improved.
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