KR102065980B1

KR102065980B1 - 표적 탐지 방법

Info

Publication number: KR102065980B1
Application number: KR1020190024037A
Authority: KR
Inventors: 이주현
Original assignee: 한화시스템 주식회사
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-01-14

Abstract

본 발명은 표적 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변 환경에 따라 임계치를 가변적으로 운용하는 일정 오경보율 처리를 이용하여 표적을 탐지하는 표적 탐지 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정 및 일정 오경보율(CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정을 포함하고, 상기 표적을 탐지하는 과정은 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정, 상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 일정 오경보율(CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정 및 상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정을 포함한다.

Description

표적 탐지 방법{METHOD FOR DETECTING TARGET}

본 발명은 표적 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변 환경에 따라 임계치를 가변적으로 운용하는 일정 오경보율 처리를 이용하여 표적을 탐지하는 표적 탐지 방법에 관한 것이다.

레이더 시스템은 표적(target)을 탐지하기 위해 신호를 송신하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여 처리함으로써 표적을 탐지하는 시스템이다. 이때, 수신되는 레이더 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.

즉, 표적 탐지를 위해 신호 세기의 임계치(threshold)를 높이면 클러터 신호를 표적으로 오인할 확율이 줄어들어 탐지 정확도가 높아지지만, 탐지하지 못하고 놓치는 표적이 생길 수 있다. 반대로, 신호 세기의 임계치를 낮추면 표적을 탐지할 확율이 증가하여 많은 표적을 탐지해 낼 수는 있지만, 클러터 신호로 인해 오탐지율이 높아지는 현상이 발생한다. 이에, 주위 환경에 따라 임계치를 가변적으로 운용하는 일정 오경보율(CFAR: Constant False Alarm Rate) 처리가 이용되고 있다.

일반적으로, 일정 오경보율 처리에서는 테스트 셀 주변의 레퍼런스 셀을 이용하여 주위 환경 신호 값을 계산하고, 계산된 주위 환경 신호 값에 스케일 인자(scaling factor)를 곱하여 임계치를 설정한다. 여기서, 스케일 인자로는 고정된 상수 값이 사용된다.

그러나, 이와 같이 스케일 인자로 고정된 상수 값을 사용하는 경우 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 레이더 시스템이 요구하는 오경보율을 만족하기 어려운 문제점이 있었다. 특히, 바람 세기 등에 의하여 파고가 계속적으로 변화하는 해상 영역을 탐지함에 있어서 고정된 상수 값을 스케일 인자로 사용하는 경우, 유동적으로 변화하는 클러터 신호에 의하여 레이더 시스템의 오경보율이 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.

KR

10-2015-0131779

A

본 발명은 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 스케일 인자를 가변하여 일정 오경보율 처리를 위한 임계치를 설정할 수 있는 표적 탐지 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및 일정 오경보율(CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고, 상기 표적을 탐지하는 과정은, 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정; 상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 일정 오경보율(CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및 상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함한다.

상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정은, 상기 탐지 영역을 방위각 방향 및 거리 방향에 따라 복수 개로 분할할 수 있다.

상기 탐지 영역은 파고가 계속적으로 변화하는 해상 영역을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및 일정 오경보율 처리(CFAR)에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고, 상기 표적을 탐지하는 과정은, 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정; 상기 분할된 탐지 영역별로 추출된 클러터 신호로부터 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 일정 오경보율 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및 상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및 셀 평균 일정 오경보율(CA-CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고, 상기 표적을 탐지하는 과정은, 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정; 상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 셀 평균 일정 오경보율(CA-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및 상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함한다.

상기 상기 셀 평균 일정 오경보율(CA-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정은, 상기 분할된 탐지 영역별로 복수 개의 셀에 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정; 상기 복수 개의 셀을 스캔하여, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정; 상기 레퍼런스 셀의 출력 값을 평균하여 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정; 상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정; 및 상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은, 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및 순서 통계 일정 오경보율(OS-CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고, 상기 표적을 탐지하는 과정은, 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정; 상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 순서 통계 일정 오경보율(OS-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및 상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함한다.

상기 순서 통계 일정 오경보율(OS-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정은, 상기 분할된 탐지 영역 별로 복수 개의 셀에 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정; 상기 복수 개의 셀을 스캔하여, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정; 상기 레퍼런스 셀의 출력 값을 크기 순으로 정렬하고, 소정 순위의 출력 값을 선택하여 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정; 상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정; 및 상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법에 의하면, 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 클러터 신호의 분포를 예측하고, 예측된 결과에 따라 레이더 시스템이 요구하는 오경보율에 부합하는 스케일 인자를 적응적으로 조정함으로써 표적 탐지 확률을 향상시킬 수 있다.

또한, 레이더 시스템 운용시 환경에 따라 인위적인 스케일 인자의 조정이 필요 없게 되며, 레퍼런스 레벨에 표적 신호의 영향이 반영되지 않도록 처리되어 보다 효율적인 표적 탐지를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 해상 영역에서의 클러터 신호 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 스케일 인자를 결정하는 모습을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 스케일 인자를 결정하는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 레퍼런스 레벨에 대한 테스트 셀의 출력 값의 차이 값으로부터 생성되는 히스토그램을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 모습을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 표적을 탐지하는 모습을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 표적을 탐지하는 모습을 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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법은 복수 개의 셀에 수신 신호의 출력 값을 저장하는 과정(S110), 상기 복수 개의 셀을 스캔하여, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정(S120), 상기 레퍼런스 셀의 출력 값으로부터 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정(S130), 상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정(S140) 및 상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정(S150)을 포함한다.

일정 오경보율 처리에서 표적을 탐지하기 위한 임계치의 설정은, 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 레이더 신호에 대하여 레이더 신호의 출력 값을 복수 개의 셀에 저장하고, 복수 개의 셀을 순차적으로 지정하여 설정되는 테스트 셀의 주변 셀을 이용하여 주위 환경 신호 값을 계산한다. 이와 같이 계산된 주위 환경 신호 값에는 하기의 수학식 1과 같이 스케일 인자(scaling factor)가 곱해지게 되어 임계치로 설정된다.

[수학식 1]

여기서, 스케일 인자로 고정된 상수 값을 사용하는 경우 클러터(clutter) 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 레이더 시스템이 요구하는 오경보율을 만족하기 어려운 문제점이 있었다. 특히, 바람 세기 등에 의하여 파고가 계속적으로 변화하는 해상 영역을 탐지함에 있어서 고정된 상수 값을 스케일 인자로 사용하는 경우, 유동적으로 변화하는 클러터 신호에 의하여 레이더 시스템의 오경보율이 급격하게 증가하는 문제점이 있었다.

해상 영역에서 클러터 신호의 크기 분포는 일반적으로 K-분포(K distribution)를 따른다. K-분포는 형상 파라미터(ν)와 스케일 파라미터에 따라 변화하며, 형상 파라미터(ν)에 따른 해상 영역에서의 클러터 신호 스펙트럼은 도 2에 도시된 바와 같다. 여기서, 도 2(a)는 형상 파라미터(ν)가 5인 경우의 클러터 신호 스펙트럼을 도시한 도면이고, 도 2(b)는 형상 파라미터(ν)가 0.5인 경우의 클러터 신호 스펙트럼을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 형상 파라미터(ν)가 작아질수록 클러터 신호의 스펙트럼은 높은 진폭(amplitude) 값을 가지며 뾰족(spiky)한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 파고가 계속적으로 변화하는 해상 환경에서 표적을 탐지하는 경우에는 형상 파라미터(ν)가 변화함에 따라 클러터 신호 스펙트럼이 높은 진폭 값을 가져 뾰족(spiky)하게 형성되며, 이 경우 고정된 상수 값을 스케일 인자로 사용하게 되면 클러터 신호가 표적 신호로 오인되어 오경보율이 증가하게 되는 문제점이 발생하게 된다.

이에, 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법에서는 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 클러터 신호의 분포를 예측하고, 예측된 결과에 따라 레이더 시스템이 요구하는 오경보율에 부합하는 스케일 인자를 적응적으로 조정함으로써 표적 탐지 확률을 향상시킬 수 있게 된다.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법의 세부 과정에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

수신 신호의 출력 값을 저장하는 과정(S110)은 레지스터(register)의 복수 개의 셀에 수신 신호의 출력 값을 저장한다. 여기서, 수신 신호는 후술하는 레이더 신호와는 달리, 표적 신호가 배제된 클러터 신호를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법에서는 먼저 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 클러터 신호의 분포를 예측한다. 이와 같이 클러터 신호의 분포를 예측하기 위하여는 표적 신호가 배제된 클러터 신호만을 수신 신호에 포함시킬 필요가 있다.

표적 신호가 배제된 클러터 신호의 출력 값을 저장하기 위하여는, 표적이 존재하지 않는 상태에서 탐지 영역 내의 신호를 수신하여 수신 신호의 출력 값을 저장할 수도 있으나, 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 신호를 수신하는 과정 및 수신한 신호에서 표적 신호를 제거하는 과정을 포함할 수도 있다. 즉, 표적이 존재하는 상태에서 탐지 영역 내의 신호를 수신하고, 수신된 신호에서 표적 신호를 제거하여 표적 신호가 배제된 클러터 신호의 출력 값을 저장할 수 있다. 여기서, 표적 신호는 레이더 반사 면적(RCS: Radar Cross Section)이 큰 신호를 의미하며, 이와 같은 표적 신호는 표적으로부터 반사된 신호뿐만 아니라, 해상 환경에서 육지 또는 섬으로부터 반사된 신호를 포함할 수 있다. 이와 같이 표적 신호를 제거하는 과정은 표적이 존재하는 상태에서 탐지 영역 내의 신호를 수신하고, 수신된 신호에서 설정된 진폭 값 이상을 가지는 신호를 표적 신호로 간주하여 제거할 수 있다.

수신 신호의 출력 값을 저장하는 과정(S110)에서 수신 신호의 출력 값은 거리(range) 방향을 따라 배열되어 복수 개의 셀에 순차적으로 저장될 수 있다. 이때, 복수 개의 셀은 일 방향으로 배열될 수 있으며, 일 방향으로 배열된 복수 개의 셀에는 수신 신호의 출력 값이 거리 방향에 따라 순차적으로 저장된다.

테스트 셀(T)의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정(S120)은 윈도우부(W)는 복수 개의 셀 중 적어도 하나의 셀을 테스트 셀(T)로 지정하고, 상기 테스트 셀(T)로부터 소정 거리 내에 위치한 셀을 레퍼런스 셀(R)로 지정한다. 이때, 레퍼런스 셀(R)은 복수 개의 셀 중 테스트 셀(T)의 양측으로 각각 소정 거리 내에 위치하는 셀을 포함할 수 있으며, 이 경우 테스트 셀(T)의 좌측과 우측으로 각각 동일한 거리 내에 위치하는 셀을 포함할 수 있다.

즉, 윈도우부(W)는, 예를 들어 소정 위치에 있는 셀을 테스트 셀(T)로 선택하고, 테스트 셀(T)로부터 양측으로 소정 거리 내에 위치한 셀을 레퍼런스 셀(R)로 지정할 수 있다. 또한, 윈도우부(W)는 도 3에 도시된 바와 같이 테스트 셀(T)의 양측에 각각 인접한 적어도 하나의 가드 셀(G)을 지정할 수도 있다. 여기서, 가드 셀(G)의 출력 값은 후술할 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정(S130)에 영향을 미치지 않는다. 윈도우부(W)는 복수 개의 셀 중 테스트 셀(T)로부터 가장 좌측에 위치한 가드 셀(G)로부터 소정 거리, 예를 들어 3의 거리 내의 위치한 셀과, 테스트 셀(T)로부터 가장 우측에 위치한 가드 셀(G)로부터 소정 거리, 예를 들어 3의 거리 내의 위치한 셀을 레퍼런스 셀(R)로 지정할 수 있다. 이때, 가드 셀(G)의 개수 및 레퍼런스 셀(R)로 지정되기 위한 테스트 셀(T)로부터의 소정 거리 등은 미리 설정될 수 있으며, 이에 의하여 결정된 레퍼런스 셀(R)을 이용하여 후술할 레퍼런스 레벨을 산출하게 된다.

레퍼런스 레벨을 산출하는 과정(S130)은 레퍼런스 셀(R)에 저장된 수신 신호의 출력 값으로부터 레퍼런스 레벨을 산출한다.

레이다 시스템에서 주요 사용되는 CFAR 알고리즘은 CA CFAR(Cell Average CFAR), OS CFAR(Ordered Statistic CFAR) 등이 있다. CA CFAR는 균일한 잡음 환경에서 널리 사용된다. CA CFAR는 테스트 셀(T)과 비교하기 위한 레퍼런스 레벨로 도 3에 도시된 바와 같이 레퍼런스 셀(R)의 출력 값에 대한 평균 값을 이용한다. 한편, OS CFAR는 테스트 셀(T)과 비교하기 위한 레퍼런스 레벨로 도 4에 도시된 바와 같이 특정 레퍼런스 셀(R)의 출력 값을 이용한다. OS CFAR는 비균일한 잡음환경이나 다수 표적 상황에서 사용될 수 있으며, 레퍼런스 셀(R)을, 예를 들어 출력 값의 크기에 따라 오름차순으로 정렬하고, 정렬된 레퍼런스 셀(R) 중 n번째 레퍼런스 셀(R)의 출력 값을 레퍼런스 레벨로 이용한다.

스케일 인자를 결정하는 과정(S140)은 테스트 셀(T)의 출력 값과 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정한다. 이때, 스케일 인자를 결정하는 과정(S140)은 레퍼런스 레벨에 대한 테스트 셀(T)의 출력 값의 차이 값을 계산하는 과정, 상기 차이 값의 도수 분포 상태를 나타내는 히스토그램을 생성하는 과정, 상기 차이 값의 최대 값으로부터 상기 차이 값을 감소시키면서 누적 도수를 계산하는 과정 및 상기 누적 도수와 설정된 오경보 개수가 일치할 때의 차이 값으로부터 상기 스케일 인자를 산출하는 과정을 포함할 수 있다.

레퍼런스 레벨에 대한 테스트 셀(T)의 출력 값의 차이 값을 계산하는 과정은 레퍼런스 레벨과 테스트 셀(T)의 출력 값을 비교하여 그 차이 값을 계산한다. 여기서, 차이 값은 레퍼런스 레벨 신호에 대한 테스트 셀(T)의 신호 비를 의미한다. 따라서, 차이 값은 테스트 셀(T)의 출력 값을 레퍼런스 레벨로 나누어서 계산될 수 있다. 그러나, 일반적으로 레퍼런스 셀(R)의 출력 값과 테스트 셀(T)의 출력 값은 데시벨(dB)의 단위를 가지므로, 이 경우 레퍼런스 레벨에 대한 테스트 셀(T)의 출력 값의 차이 값은 테스트 셀(T)의 출력 값에서 레퍼런스 레벨을 감산하여 계산될 수 있다.

이하에서는, 레퍼런스 셀(R)의 출력 값과 테스트 셀(T)의 출력 값은 데시벨(dB)의 단위를 가지는 것으로 하여, 차이 값이 테스트 셀(T)의 출력 값에서 레퍼런스 레벨을 감산하여 계산되는 경우를 예로 들어 설명하나, 레퍼런스 셀(R)의 출력 값과 테스트 셀(T)의 출력 값을 데시벨(dB)의 단위로 변환하지 않고, 테스트 셀(T)의 출력 값을 레퍼런스 레벨로 나누어 차이 값을 계산하여 후술할 스케일 인자로 산출할 수도 있음은 물론이다.

차이 값을 계산하는 과정은 복수 개의 셀을 각각 테스트 셀(T)로 지정하여, 지정된 테스트 셀(T)에 대하여 각각 이루어진다. 이에 의하여, 복수 개의 셀에 대하여 각각 차이 값이 계산되면, 도 5에 도시된 바와 같이 차이 값의 도수 분포 상태를 나타내는 히스토그램을 생성하는 과정이 수행된다. 여기서, 히스토그램은 상기 차이 값(β)을 순차적으로 정렬(도 5의 X축)하고, 정렬된 차이 값(β)을 각각 가지는 셀의 개수(도 5의 Y축)를 나타낸다. 도 5에서는 차이 값(β)이 3.5 내지 3.6 dB을 가지는 셀의 개수는 4개이고, 차이 값(β)이 3.6 내지 3.7 dB을 가지는 셀의 개수는 3개이며, 차이 값(β)이 3.7 내지 3.8 dB을 가지는 셀의 개수 및 차이 값(β)이 3.8 내지 3.9 dB를 가지는 셀의 개수는 각각 2개이고, 차이 값(β)이 3.9 내지 4 dB를 가지는 셀의 개수는 1개인 경우가 도시되어 있다.

이후, 스케일 인자를 결정하기 위하여 차이 값(β)의 최대 값(도 5에서 3.8 내지 3.9 dB 영역)으로부터 차이 값(β)을 감소시키면서 누적 도수를 계산한다. 즉, 차이 값(β)이 3.9 내지 4 dB인 영역에서의 누적 도수는 1이 되고, 차이 값(β)이 3.8 내지 3.9 dB인 영역에서의 누적 도수는 3이 되고, 차이 값(β)이 3.7 내지 3.8 dB인 영역에서의 누적 도수는 5가 되며, 차이 값(β)이 3.6 내지 3.7 dB인 영역에서의 누적 도수는 8이 된다.

이때, 스케일 인자는 이와 같은 누적 도수와 설정된 오경보 개수가 일치할 때의 차이 값(β)으로부터 산출된다. 여기서, 오경보 개수는 표적 탐지를 위한 시스템에 따라 임의로 설정되는 값이며, 일정 오경보율 처리에 있어서 오경보가 발생될 수 있는 오경보 개수가 예를 들어 5개로 설정되는 경우, 차이 값(β)이 3.7 내지 3.8 dB인 영역이 설정된 오경보 개수와 일치하는 영역이 된다. 이때, 스케일 인자는 설정된 오경보 개수와 일치하는 누적 도수를 가지는 차이 값(β)을 나타내는 영역 중 최소 값으로부터 산출될 수 있다. 즉, 도 5에서 누적 도수와 설정된 오경보 개수가 일치할 때의 차이 값(β)은 3.7 dB의 값을 가지며, 스케일 인자는 이와 같은 차이 값(β)을 하기의 수학식 2에 대입하여 스케일 인자(K)를 산출한다.

[수학식 2]

여기서, 수학식 2는 레퍼런스 셀(R)의 출력 값과 테스트 셀(T)의 출력 값이 데시벨(dB)의 단위를 가지는 경우 도출되는 것으로서, 만약 전술한 바와 같이 레퍼런스 셀(R)의 출력 값과 테스트 셀(T)의 출력 값이 데시벨(dB)의 단위로 변환되지 않은 경우, 누적 도수와 설정된 오경보 개수가 일치할 때의 차이 값은 그대로 스케일 인자로 산출될 수 있다.

이와 같이, 스케일 인자를 차이 값(β)의 도수 분포 상태를 나타내는 히스토그램에서 차이 값(β)의 최대 값으로부터의 누적 도수와 설정된 오경보 개수가 일치할 때의 차이 값(β)으로부터 산출함으로써, 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 클러터 신호의 분포를 예측하고, 예측된 결과에 따라 레이더 시스템이 요구하는 오경보율에 부합하는 스케일 인자를 적응적으로 조정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 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.

이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법에 대한 설명에 있어서, 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 장치와 관련하여 전술한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은 탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정(S210) 및 일정 오경보율(CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정(S220)을 포함하고, 상기 표적을 탐지하는 과정은(S220), 상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정(S221), 상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 일정 오경보율(CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정(S222) 및 상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정(S223)을 포함한다.

탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정(S210)은 표적의 탐지를 위한 탐지 영역 내에서 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 레이더 신호를 수신한다. 이때, 레이더 신호의 분포를 예측하기 위해서 클러터 분포의 예측은 1 bar scan이 종료된 시점에서 수행되며, 매 1 bar scan 시 기존 데이터에서 업데이트하여 분포를 예측한다. 파고가 계속적으로 변화하는 해상 영역에서 원거리를 탐지하기 위한 레이다의 경우 해상으로 조향되는 빔의 영역이 광범위 하기 때문에 거리(range) 방향으로는 예를 들어, 10km 단위로 섹터를 구분하고, 방위각 방향은 일 방향으로 조사되는 레이더의 방위각 방향의 각 영역(dwell)으로 섹터를 구분한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 탐지 영역은 방위각 방향 및 거리 방향으로 M×N개로 분할될 수 있다. 예를 들어, 클러터 섹터 영역은 총 72개일 수 있다. 클러터 분포를 예측하는 과정에서는 탐지 영역에 대한 표적 신호와 클러터 신호를 포함하는 레이더 신호를 수신하고, 수신한 레이더 신호에서 레이더 반사 면적(RCS)이 큰 표적으로부터 반사된 신호와 육지 또는 섬으로부터 반사된 신호를 제거하여 클러터 분포를 예측할 수 있다.

임계치를 설정하는 과정(S222)은 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여 일정 오경보율(CFAR) 처리를 위한 임계치를 설정한다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법은 고정된 스케일 인자를 사용하여 임계치를 설정하는 것이 아니라, 예측된 클러터 분포로부터 스케일 인자를 산출하여 사용한다. 이 경우 스케일 인자는 복수 개로 분할된 탐지 영역별로 개별적으로 결정될 수 있으며, 이는 분할된 탐지 영역별로 추출된 클러터 신호로부터 결정될 수 있다.

여기서, 임계치를 설정하는 과정(S222)은 표적을 탐지하는 과정(S220)이 셀 평균 일정 오경보율(CA CFAR)처리에 의하여 표적을 탐지하는 경우와 순차 통계 일정 오경보율(OS CFAR) 처리에 의하여 표적을 탐지하는 경우로 구분된다. 도 8에서는 셀 평균 일정 오경보율(CA CFAR)처리에 의하여 표적을 탐지하는 모습을 나타내고, 도 9에서는 순차 통계 일정 오경보율(OS CFAR) 처리에 의하여 표적을 탐지하는 모습을 나타낸다.

먼저, 셀 평균 일정 오경보율(CA CFAR)처리에 의하여 표적을 탐지하는 경우, 임계치를 설정하는 과정(S222)은 분할된 탐지 영역별로 복수 개의 셀에 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정, 상기 복수 개의 셀을 스캔하여 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정, 상기 레퍼런스 셀의 출력 값을 평균하여 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정, 상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정 및 상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정을 포함한다.

또한, 순차 통계 일정 오경보율(OS CFAR) 처리에 의하여 표적을 탐지하는 경우, 임계치를 설정하는 과정(S222)은 분할된 탐지 영역 별로 복수 개의 셀에 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정, 상기 복수 개의 셀을 스캔하여, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정, 상기 레퍼런스 셀의 출력 값을 크기 순으로 정렬하고, 소정 순위의 출력 값을 선택하여 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정, 상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정 및 상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정을 포함한다.

즉, 셀 평균 일정 오경보율(CA CFAR)처리에 의하여 표적을 탐지하는 경우와 순차 통계 일정 오경보율(OS CFAR) 처리에 의하여 표적을 탐지하는 경우는 임계치를 설정하는 과정(S222)에서 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정만이 상이하며, 임계치를 설정하는 과정(S222)에서는 모두 표적 신호가 배제된 클러터 신호만에 의하여 임계치를 설정함은 전술한 바와 같다. 여기서, 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정, 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정 및 스케일 인자를 결정하는 과정은 본 발명의 실시 예에 따른 일정 오경보율 처리의 임계치 설정 방법과 관련하여 전술한 바와 동일한 바, 이에 대한 중복적인 설명은 생략하기로 한다.

전술한 과정에 의하여 스케일 인자가 결정되면, 임계치를 설정하는 과정(S222)에서는 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정한다. 여기서, 주위 환경 신호 값은 표적 신호와 클러터 신호를 모두 포함하는 레이더 신호에서 레이더 신호의 출력 값이 거리(range) 방향을 따라 배열되어 저장된 복수 개의 셀로부터 산출된다.

즉, 표적 신호와 클러터 신호를 모두 포함하는 레이더 신호의 출력 값은 거리(range) 방향을 따라 배열되어 복수 개의 셀에 순차적으로 저장될 수 있으며, 윈도우부(W)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 복수 개의 셀 중 적어도 하나의 셀을 테스트 셀(T)로 지정하고, 상기 테스트 셀(T)로부터 소정 거리 내에 위치한 셀을 레퍼런스 셀(R)로 지정하여, 주위 환경 신호 값을 산출한다. 이때, 주위 환경 신호 값은 표적 신호와 클러터 신호를 모두 포함하는 레이더 신호의 출력 값에 대하여 레퍼런스 셀(R)의 출력 값을 평균한 값이거나, 레퍼런스 셀(R)의 출력 값을 크기 순으로 정렬하고, 소정 순위의 출력 값을 선택한 값일 수 있다. 임계치는 이와 같이 산출된 주위 환경 신호 값에 전술한 과정에 의해 개별적으로 산출된 스케일 인자를 곱하여 설정될 수 있다.

표적을 검출하는 과정(S223)은 표적 신호와 클러터 신호를 모두 포함하는 레이더 신호의 출력 값에 대하여 테스트 셀(T)의 출력 값과 임계치를 비교하여 표적을 검출한다. 이때, 테스트 셀(T)의 출력 값이 임계치보다 큰 값을 가지게 되면, 해당 테스트 셀(T)은 표적 신호의 출력 값을 저장하고 있는 것으로 판단하여 표적을 검출하게 된다. 테스트 셀(T)의 출력 값과 임계치를 비교하여 표적을 검출하는 내용은 일정 오경보율(CFAR) 처리에 있어서 일반적으로 적용되는 구성과 동일한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 표적 탐지 방법에 의하면, 클러터 신호가 유동적으로 변화하는 환경에서 클러터 신호의 분포를 예측하고, 예측된 결과에 따라 레이더 시스템이 요구하는 오경보율에 부합하는 스케일 인자를 적응적으로 조정함으로써 표적 탐지 확률을 향상시킬 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

탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및
일정 오경보율(CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고,
상기 표적을 탐지하는 과정은,
상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정;
상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 일정 오경보율(CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및
상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정은,
상기 탐지 영역을 방위각 방향 및 거리 방향에 따라 복수 개로 분할하는 표적 탐지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 탐지 영역은 파고가 계속적으로 변화하는 해상 영역을 포함하는 표적 탐지 방법.
탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및
일정 오경보율 처리(CFAR)에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고,
상기 표적을 탐지하는 과정은,
상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정;
상기 분할된 탐지 영역별로 추출된 클러터 신호로부터 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 일정 오경보율 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및
상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.
탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및
셀 평균 일정 오경보율(CA-CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고,
상기 표적을 탐지하는 과정은,
상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정;
상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 셀 평균 일정 오경보율(CA-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및
상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 상기 셀 평균 일정 오경보율(CA-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정은,
상기 분할된 탐지 영역별로 복수 개의 셀에 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정;
상기 복수 개의 셀을 스캔하여, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정;
상기 레퍼런스 셀의 출력 값을 평균하여 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정;
상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정; 및
상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.
탐지 영역 내의 레이더 신호를 수신하는 과정; 및
순서 통계 일정 오경보율(OS-CFAR) 처리에 의하여 상기 레이더 신호로부터 표적을 탐지하는 과정;을 포함하고,
상기 표적을 탐지하는 과정은,
상기 탐지 영역을 복수 개로 분할하는 과정;
상기 분할된 탐지 영역별로 스케일 인자를 개별적으로 결정하여, 상기 순서 통계 일정 오경보율(OS-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정; 및
상기 임계치보다 큰 출력 값을 가지는 레이더 신호로부터 표적을 검출하는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 순서 통계 일정 오경보율(OS-CFAR) 처리의 임계치를 설정하는 과정은,
상기 분할된 탐지 영역 별로 복수 개의 셀에 클러터 신호의 출력 값을 저장하는 과정;
상기 복수 개의 셀을 스캔하여, 테스트 셀의 출력 값과 레퍼런스 셀의 출력 값을 확인하는 과정;
상기 레퍼런스 셀의 출력 값을 크기 순으로 정렬하고, 소정 순위의 출력 값을 선택하여 레퍼런스 레벨을 산출하는 과정;
상기 테스트 셀의 출력 값과 상기 레퍼런스 레벨을 비교하여 스케일 인자를 결정하는 과정; 및
상기 스케일 인자를 주위 환경 신호 값에 곱하여 임계치를 설정하는 과정;을 포함하는 표적 탐지 방법.