KR102092278B1 - 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2d go ca-cfar 탐지 방법 및 그 시스템 - Google Patents

비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2d go ca-cfar 탐지 방법 및 그 시스템 Download PDF

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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는, 도플러 축(doppler axis) 및 거리 축(range axis)으로 구성된 도플러-거리 지도에서 미리 설정된 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정하는 가드 셀설정단계; 상기 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 16개의 구역을 설정하고, 상기 설정된 구역에서 기준 셀을 설정하는 기준 셀설정단계; 상기 설정된 16개의 구역에 대한 평가치를 계산하는 평가치계산단계; 상기 계산된 16개의 구역에 대한 평가치 중에서 가장 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 값을 기초로 문턱치를 계산하는 문턱값계산단계; 및 상기 계산된 문턱치를 기초로 상기 도플러-거리 지도에 잡힌 표적을 탐지하는 표적탐지단계;를 포함하는, 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법을 개시한다.

Description

비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지 방법 및 그 시스템 {2D GO CA-CFAR detection method for detecting targets in heterogeneous clutter environments and system thereof}
본 발명은 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지 방법 및 그 시스템에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로는, 비균질 클러터 환경에서 발생되기 쉬운 오경보(false alarm)를 최소화하고 표적을 정확하게 탐지할 수 있는 2D GO CA-CFAR 탐지 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
종래에 알려진 2D GO CA-CFAR(Greatest Of Cell Average-Constant False Alarm Rate)탐지 방법은 비균질 클러터 신호 환경(heterogeneous clutter environments)에서 클러터 경계에서 2D CA-CFAR 탐지 방법의 단점인 오경보 발생 현상을 개선하기 위해서 도입된 탐지 방법이다.
2D GO CA-CFAR 탐지 방법에서는 기준 셀(reference cell)을 좌측과 우측으로 나누어서 각각 평균 전력을 계산하고, 두 값 중 더 큰 값을 선택하여 탐지 문턱치(threshold) 계산에 사용한다. 즉, 클러터 경계에서는 잡음 전력이 아닌 클러터의 반사 전력을 기준으로 탐지 문턱치를 계산하기 때문에 클러터 경계에서 발생할 수 있는 오경보 현상을 개선할 수 있다.
도 1은 종래의 2D GO CA-CFAR 탐지 방법의 기준 셀, 가드 셀, 시험 셀을 나타낸 그림이다.
도 1을 참조하면, 도플러 축(doppler axis)과 거리 축(range axis)로 구성되는 도플러-거리 지도의 중앙에는 시험 셀(110)이 위치하고, 가드 셀(130)은 시험 셀(130)을 둘러싸는 정사각형 형태로 배치된다. 시험 셀(110) 및 가드 셀(130)이 정해지면, 나머지 셀들은 기준 셀(150)이 되며, 기준 셀의 좌측과 우측 기준 셀의 평가치는 수학식 1을 통해 산출될 수 있다.
Figure 112020002195115-pat00001
수학식 1에서, REFL과 REFR은 각각 좌측과 우측의 기준 셀을 나타내며,
Figure 112020002195115-pat00002
과
Figure 112020002195115-pat00003
은 각각 좌측과 우측의 기준 셀의 개수이고, 보통 시험 셀(110)을 기준으로 좌측, 우측에 위치하는 기준 셀(150)들의 수는 같다. 도 1에서 좌측과 우측의 기준 셀이 같을 때, 간단히 표현하기 위해 기준 셀 개수 NREF로 표현하기도 한다.
도 1에서 보통 도플러 축의 기준 셀(150)의 길이 ND와 거리 축의 기준 셀(150)의 길이 NR는 홀수이며, 좌측과 우측의 기준 셀을 나눌 때 floor(ND/2)+1씩 나누며 시험 셀(110)이 포함된 열은 두 기준 셀에 중복하여 적용한다. 가드 셀(130)은 자기 마스킹(self masking)효과를 개선하기 위해 설정된다.
Figure 112020002195115-pat00004
수학식 2는 문턱치를 계산하기 위한 수학식을 나타낸다. 수학식 2에서
Figure 112020002195115-pat00005
는 문턱치 가중치(threshold multiplier)로서, 후술하는 평균 오경보 확률(false alarm probability)인
Figure 112020002195115-pat00006
에 의해 결정된다.
Figure 112020002195115-pat00007
수학식 3은 평균 오경보 확률을 나타낸다. 일 예로서, 수학식 3에서
Figure 112020002195115-pat00008
가 각각 10-4, 10-5, 10-6 일 경우, 문턱치 가중치는 각각 8.98, 11.29, 13.62가 된다.
위와 같이, 종래의 2D GO CA-CFAR 탐지 방법을 사용하면, 클러터 경계에서 양 쪽의 클러터 신호가 비균질성을 갖더라도 높은 문턱치가 선택됨으로써, 2D CA-CFAR 탐지 방법을 사용하는 것보다 오경보 발생률이 더 낮았다.
그러나, 만약 클러터의 비균질성(heterogeneity)이 심하거나 항공기에 탑재되어 사용되는 레이다와 같은 경우 복잡한 형태의 클러터 환경이 발생할 수 있으며, 종래의 방법으로는 주변 신호 중 강한 클러터 반사 신호를 정확히 계산할 수 없다. 예를 들면, 항공기에서 지상을 향해 안테나 빔을 방사하면, 빔이 조사되는 영역 일부에는 산악 지형이, 나머지 일부에는 도시 지형이 포함되는 등의 형태로 비균질성이 나타날 수 있다. 다른 예로서, 항공기에서 해상에 안테나 빔을 방사하면, 빔이 조사되는 영역 일부에는 바닷물 외에는 아무것도 없는 해상 영역이, 나머지 일부에는 섬 및 암초가 포함되는 해상 영역이 포함되는 등의 형태로 비균질성이 나타날 수 있다.
위와 같이, 수신된 신호 내에 클러터의 비균질성이 일정값을 초과하는 환경일 경우, 좌측과 우측 기준셀 모두에 잡음 혹은 낮은 클러터 반사 전력 값이 포함되어, 일부의 높은 클러터 수치를 정확하게 측정하지 못하기 때문에 평가치 추정에 오차가 발생되며, 결국 문턱치 계산에도 오차가 발생되어, 종래의 방법을 개선한 2D GO CA-CFAR 탐지 방법을 사용하더라도 오경보가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
레이더(RADAR)는 복잡한 클러터 환경에서도 레이더(RADAR)는 클러터 신호를 탐지하지 않고 표적 신호만을 정확히 탐지해야 하기 때문에, 클러터에 의한 다수의 오경보는 결국 레이더 성능 저하로 직결된다.
1. 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0039383호 (2016.04.11. 공개) 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0107799호 (2014.09.05. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 비균질 클러터 환경에서도 표적을 정확하게 탐지할 수 있도록 종래의 알려진 2D GO CA-CFAR 탐지 방법을 더욱 더 개선시킨, 개선된 2D GO CA-CFAR 탐지 방법 및 그 시스템을 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법은, 도플러 축(doppler axis) 및 거리 축(range axis)으로 구성된 도플러-거리 지도에서 미리 설정된 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정하는 가드 셀설정단계; 상기 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 16개의 구역을 설정하고, 상기 설정된 구역에서 기준 셀을 설정하는 기준 셀설정단계; 상기 설정된 16개의 구역에 대한 평가치를 계산하는 평가치계산단계; 상기 계산된 16개의 구역에 대한 평가치 중에서 가장 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 값을 기초로 문턱치를 계산하는 문턱값계산단계; 및 상기 계산된 문턱치를 기초로 상기 도플러-거리 지도에 잡힌 표적을 탐지하는 표적탐지단계;를 포함한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 시스템은, 도플러 축(doppler axis) 및 거리 축(range axis)으로 구성된 도플러-거리 지도에서 미리 설정된 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정하고, 상기 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 16개의 구역을 설정하고, 상기 설정된 구역에서 기준 셀을 설정하는 셀설정부; 상기 설정된 16개의 구역에 대한 평가치를 계산하고, 상기 계산된 16개의 구역에 대한 평가치 중에서 가장 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 값을 기초로 문턱치를 계산하고, 상기 계산된 문턱치를 기초로 상기 도플러-거리 지도에 잡힌 표적을 탐지하는 연산부; 및 상기 16개의 구역에 따라 상기 연산이 반복되도록 제어하는 반복제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예는, 상기 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 비균질 클러터 신호 환경에서도 2D GO CA-CFAR 탐지 방법을 통해서 정확하게 표적을 탐지할 수 있게 된다.
본 발명은 항공기(전투기)에 탑재되는 RADAR에 적용되며, 특히 항공기에서 지상의 표적을 탐지하고 인식하는 공대지 임무 및 항공기에서 해상 표적을 탐지하고 인식하는 공대해 임무에 사용될 수 있다.
위와 같은 공대지 및 공대해 임무를 수행하는 데에 있어서, 지상 및 해상의 클러터 환경은 복잡하고 비균질성의 환경을 가지고 있으므로, 종래에 알려진 기술을 이용할 경우 표적 탐지 시 오경보가 많이 발생하게 되나, 본 발명에 따르면, 종래의 기술에 비해 오경보가 현저히 적게 되어 표적을 정확하게 탐지할 수 있다.
도 1은 종래의 2D GO CA-CFAR 탐지 방법의 기준 셀, 가드 셀, 시험 셀을 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템의 일 예의 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템이 수행하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 의해 구현되는 도플러-거리 지도의 일 예를 나타낸다.
도 5는 문턱치 가중치와 평균 오경보 확률의 관계를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 6은 비균질 클러터 환경과 표적 신호를 모의한 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 따른 도플러-거리 지도를 평면 시점(top view)으로 본 결과를 나타낸다.
도 8은 도 6에 따른 도플러-거리 지도에 종래의 2D GO CA-CFAR 탐지 방법을 적용한 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 따른 도플러-거리 지도를 평면 시점(top view)으로 본 결과를 나타낸다.
도 10은 도 6에 따른 도플러-거리 지도에 본 발명에 따른 2D GO CA-CFAR 탐지방법을 적용했을 때의 도플러-거리 지도를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 따른 도플러-거리 지도를 평면 시점(top view)으로 본 결과를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시 예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징을 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템의 일 예의 블록도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템(200)은 셀설정부(210), 연산부(230), 반복제어부(250)를 포함하는 것을 알 수 있다. 도 2에 따른 시스템을 구성하는 각각의 구성은 특정한 기능을 수행하도록 제작된 물리적인 유닛일 수도 있고, 프로그램으로 구현되어 각각의 기능을 구현하도록 설정된 논리적인 모듈일 수도 있다.
먼저, 셀설정부(210)는 도플러 축 및 거리 축으로 구성된 도플러-거리 지도에서 미리 설정된 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정하고, 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 16개의 구역을 설정하며, 설정된 16개의 구역에서 기준 셀을 설정한다.
연산부(230)는 셀설정부(210)가 설정한 16개의 구역에 대한 평가치를 계산하고, 계산된 16개의 구역에 대한 평가치 중에서 가장 큰 값을 선택하고, 선택된 값을 기초로 문턱치(threshold value)를 계산하고, 계산된 문턱치를 기초로 하여 도플러-거리 지도에 잡힌 표적을 탐지하는 기능을 수행한다.
반복제어부(250)는 셀설정부(210)가 설정한 16개의 구역에 따라 연산이 반복되도록 제어한다.
셀설정부(210), 연산부(230) 및 반복제어부(250)가 수행하는 각각의 기능에 대한 구체적인 설명은 이하 도 3 내지 도 11을 통해 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템이 수행하는 방법의 일 예의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 3에 따른 방법은 도 2에서 설명한 시스템에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하고, 도 1 및 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 셀설정부(210)는 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정한다(S310).
종래에 알려진 2D GO CA-CFAR 탐지 방법에서는, 자기 마스킹 효과(self-masking effect)만 개선하기 위해 가드 셀을 시험 셀 주변만 설정하였으나, 본 발명에서 셀설정부(210)는, 시험 셀에 존재할 수도 있는 표적의 부엽(sidelobe)신호가 기준 셀에 포함되어 평가치의 추정에 영향을 주는 것을 방지하기 위해, 시험 셀과 같은 행(row)과 열(column)에 가드 셀을 설정한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 의해 구현되는 도플러-거리 지도의 일 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 셀설정부(210)가 도플러-거리지도 중앙에 시험 셀(410)이 위치하고, 시험 셀(410)을 중심으로 가드 셀(430)이 둘러싸고 있다는 점에서는 도 1의 도플러-거리 지도와 동일하지만, 셀설정부(210)에 의해서, 시험 셀과 같은 행과 열에 가드 셀(430)이 추가적으로 설정되어 있는 것을 알 수 있다.
도 4와 같이, 도플러-거리 지도에 가드 셀을 설정하면, 평가치(evaluation value)의 추정을 할 때 시험 셀에 있을 수도 있는 표적에 의한 영향을 줄일 수 있어 표적을 제외한 주변 신호만으로 평가치 추정이 가능해지므로, 평가치 추정 정확도를 향상시킬 수 있다.
이어서, 셀설정부(210)는 도플러-거리 지도에서 시험 셀(410)을 기준으로 16개의 구역을 설정하고, 기준 셀(450)을 설정한다(S330).
도 4를 참조하면, 도플러-거리 지도에 16개의 구역이 설정된 것을 알 수 있다. 16개의 구역은 각각 동일한 넓이를 갖는 구역으로 설정되며, 실시 예에 따라서, 16개의 구역은 각각 동일한 가로길이 및 세로길이로 구성될 수 있다. 이때, 설정되는 구역의 크기를 자기 마스킹 효과를 개선하기 위한 가드 셀의 영향을 제외하고 세로 길이와 가로 길이가 동일하게 설정한다. 이때 설정되는 각 구역의 크기를 동일하게 설정하는 이유는 평가치 추정에 사용하는 셀들의 개수를 서로 같게 하기 위함이다. 각 구역은 미리 정해진 방식에 따라 번호가 매겨질 수 있으며, 도 4를 참조하면, 도플러-거리 지도의 좌측 상단부터 우측 하단에 이르는 순서로 1번부터 16번까지 구역번호가 매겨진 것을 알 수 있다.
셀설정부(210)는 도플러-거리 지도에서 셀설정이 완료되면, 연산부(230)가 각 구역마다 평가치를 추정하도록 제어한다(S350).
Figure 112020002195115-pat00009
수학식 4는 연산부(230)가 평가치를 추정하는 데에 사용하는 수학식의 일 예를 나타낸다. 수학식 4에서 m은 각 구역의 번호이며, REFm은 16개의 각 구역의 기준 셀을 의미하고,
Figure 112020002195115-pat00010
은 각 구역의 기준 셀의 개수를 의미한다.
Figure 112020002195115-pat00011
Figure 112020002195115-pat00012
수학식 5 및 수학식 6은 연산부(230)가 평가치를 계산한 후에 문턱치를 계산하는 데에 사용하는 수학식의 일 예를 나타낸다. 수학식 5에서 T는 문턱치, n은 1부터 16까지의 수 중 수학식 6의 조건을 만족하는 값을 의미한다. 수학식 5에서, α는 문턱치 가중치로서 평균 오경보 확률
Figure 112020002195115-pat00013
의 값에 따라서 결정된다. 탐지 대상이 되는 셀의 전력을 x라고 할 때, 평균 오경보 확률
Figure 112020002195115-pat00014
은 수학식 7을 통해 얻어질 수 있다.
Figure 112020002195115-pat00015
수학식 7은 본 발명에서 평균 오경보 확률을 구하기 위해 사용되는 수학식의 일 예이다. 수학식 7에서 pz(z)는 z에 대한 확률 밀도 함수(Probability density function, 이하, PDF)를 의미한다.
Figure 112020002195115-pat00016
Figure 112020002195115-pat00017
Figure 112020002195115-pat00018
Figure 112020002195115-pat00019
수학식 8 내지 수학식 11은 수식 전개를 위한 생략식 및 x,yi의 PDF를 구하기 위해 사용되는 수학식의 일 예를 나타낸다. 수학식 10 및 수학식 11에서, px(x), py(y)는 x와 yi의 확률 밀도 함수를 나타낸다.
Figure 112020002195115-pat00020
수학식 12는 변수 z에 대한 누적 분포 함수를 산출하기 위한 수학식의 일 예를 나타낸다. 수학식 12에서 Fz(z)는 변수 z에 대한 누적 분포 함수(cumulative distribution function), Fy(z)는 변수 yi에 대한 누적 분포 함수를 의미한다. 또한, 수학식 12에서 y1 내지 y16은 모두 독립항등분포(Independent and Identically Distributed, 이하 IID)로 py(y)의 확률밀도함수를 갖는다. M은 기준 셀 영역의 개수로, 본 발명에서는 16이다.
Figure 112020002195115-pat00021
수학식 13은 변수 z의 확률밀도함수로서, 수학식 12의 누적분포함수의 미분으로 정의된다. 연산부(230)는 수학식 10, 수학식 11, 수학식 13을 수학식 7에 대입하여 정리하여, 평균 오경보 확률에 대한 수학식 14를 최종적으로 얻을 수 있다.
Figure 112020002195115-pat00022
연산부(230)는 위와 같은 과정을 거쳐서 도플러-거리 지도에서 문턱치 가중치 α를 계산하고, 표적을 탐지 및 판별하게 된다.
도 5는 수학식 15에 따라 문턱치 가중치와 평균 오경보 확률의 관계를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 평균 오경보 확률이 각각 10-4, 10-5, 10-6 일 경우, 문턱치 가중치는 각각 6.554, 8.295, 10.07이 되는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 탐지 방법을 사용하면, 전체 기준 셀 영역 내에 여러 형태의 비균질 클러터가 존재하더라도 16개의 평가치 중 가장 큰 값을 선택하기 때문에 주변의 가장 강한 클러터의 세기가 평가치로 추정된다. 이로 인하여, 본 발명에 따르면, 표적 탐지 시 클러터 영역의 오경보 발생 현상을 최소화할 수 있게 되고, 비균질 클러터 환경의 영향을 받지 않고, 문턱치 가중치가 적절하게 계산됨으로 인해, 비균질 클러터 상황에서도, 표적 신호를 정확하게 탐지할 수 있게 된다.
도 6은 비균질 클러터 환경과 표적 신호를 모의한 일 예를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 6에서 클러터 신호는 도플러-거리 지도를 임의의 16개의 구역으로 나누어 각각 다른 평균을 갖는 지수 분포(exponential distribution)로 가정하여 생성되었다. 도 6을 참조하면, 표적 신호는 거리 인덱스 21, 도플러 인덱스 6에 위치하는 것을 알 수 있다.
도 7은 도 6에 따른 도플러-거리 지도를 평면 시점(top view)으로 본 결과를 나타낸다.
도 7은 2D CA-CFAR 탐지 방법이 사용되지 않은 비균질 클러터 환경이라는 것을 강조하기 위한 도면으로서, 후술하는 도 9 및 도 11과 비교되어 본 발명의 효과를 부각시키기 위한 도면이다.
도 8은 도 6에 따른 도플러-거리 지도에 종래의 2D GO CA-CFAR 탐지 방법을 적용한 결과를 나타낸 도면이다.
도 8에서 흰색 면이 탐지 문턱치를 나타내고, 회색 면이 입력된 도플러-거리 지도를 나타내고 있다. 도 8에서 문턱치 가중치 계산을 위한 평균 오경보 확률
Figure 112020002195115-pat00023
는 10-5로 설정하였다고 가정한다.
도 8에서는 비균질 클러터에 의하여 주변 신호 중 강한 클러터 신호가 평가치로 선택되지 못하기 때문에, 클러터 경계면 부분에서 높은 확률로 오경보가 발생된다. 특히, 도 8에서는 주변 셀에 비하여 세기가 강한 클러터 영역에서는 기준 셀 안에 세기가 약한 클러터 신호가 포함되기 때문에 평가치가 시험 셀의 크기보다 작게 설정되고, 그에 따른 결과로 흰색 면 위로 회색 면이 뚫고 나오는 경우가 다수 발생하게 된다.
도 9는 도 8에 따른 도플러-거리 지도를 평면 시점(top view)으로 본 결과를 나타낸다.
도 9에서 실선으로 그려진 원은 표적의 탐지를 나타내며, 점선으로 그려진 원은 클러터에 의한 오경보를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 종래의 2D GO CA-CFAR 탐지 방법이 사용되면, 표적 신호는 탐지되나, 비균질 클러터에 의하여 오경보가 다수 발생하는 것을 확인할 수 있다. 도 8에서, 회색 면이 흰색 면 위로 뚫고 나오는 경우가 오경보가 발생되는 것을 나타낸다는 것을 이미 설명한 바 있다.
도 10은 도 6에 따른 도플러-거리 지도에 본 발명에 따른 2D GO CA-CFAR 탐지방법을 적용했을 때의 도플러-거리 지도를 나타낸 도면이다.
도 10에서, 연산부(230)는 동일한 비균질 클러터 환경에서, 시험 셀이 클러터 경계 부분에 위치한 경우에도 주변의 가장 큰 클러터 신호를 평가치로 선택한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 주변 셀에 비하여 세기가 일정이상 강한 클러터 영역이 있더라도, 연산부(230)가 가장 강한 클러터 신호를 평가치로 하여 문턱치를 계산하기 때문에, 오경보가 발생할 확률이 대폭 줄어든다.
도 11은 도 10에 따른 도플러-거리 지도를 평면 시점(top view)으로 본 결과를 나타낸다.
도 11에서 실선 원은 도 9와 동일하게 표적을 나타내고, 본 발명에 따른 탐지 방법이 적용되면, 비균질 클러터 상황에서 표적 신호가 잘 탐지되면서도 오경보가 전혀 발생되지 않은 것이 도 11에 명확하게 나타나 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 기술의 문제점인 비균질 클러터 환경에서 오경보를 발생시키는 단점을 해결하기 위한 것으로서, 비균질 클러터 환경에서 오경보를 없애고 표적을 정확히 탐지하기 위한 것이다.
본 발명의 탐지 방법에 따르면, 전체 기준 셀 영역 내에 여러 형태의 비균질 클러터가 존재하더라도 16개의 평가치 중 가장 큰 값이 선택되기 때문에 주변의 가장 강한 클러터의 세기가 평가치로 추정된다. 이로 인하여 표적 탐지 시 클러터 영역에서 발생하는 오경보 현상이 개선되고, 표적 신호가 정확하게 탐지될 수 있다.
본 발명은 항공기(전투기)에 탑재되는 RADAR에 적용되며, 특히 항공기에서 지상의 표적을 탐지하고 인식하는 공대지 임무 및 항공기에서 해상 표적을 탐지하고 인식하는 공대해 임무에 사용될 수 있다.
위와 같은 공대지 및 공대해 임무를 수행하는 데에 있어서, 지상 및 해상의 클러터 환경은 복잡하고 비균질성의 환경을 가지고 있으므로, 종래에 알려진 기술을 이용할 경우 표적 탐지 시 오경보가 많이 발생하게 되나, 본 발명에 따르면, 종래의 기술에 비해 오경보가 현저히 적게 되어 표적을 정확하게 탐지할 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시 예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은, 프로그램 명령어를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (9)

  1. 항공기에 탑재되는 레이더(Radar) 시스템에 의해 수행되는, 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법에 관한 것으로서,
    도플러 축(doppler axis) 및 거리 축(range axis)으로 구성된 도플러-거리 지도에서 미리 설정된 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정하는 가드 셀설정단계;
    상기 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 16개의 구역을 설정하고, 상기 설정된 구역에서 기준 셀을 설정하는 기준 셀설정단계;
    상기 설정된 16개의 구역에 대한 평가치를 계산하는 평가치계산단계;
    상기 계산된 16개의 구역에 대한 평가치 중에서 가장 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 값을 기초로 문턱치를 계산하는 문턱값계산단계; 및
    상기 계산된 문턱치를 기초로 상기 도플러-거리 지도에 잡힌 표적을 탐지하는 표적탐지단계;를 포함하는, 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가드 셀설정단계는,
    상기 가드 셀이 상기 시험 셀의 행 좌표 및 열 좌표를 기초로 하여 설정되는 것을 특징으로 하는, 밀집된 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 셀설정단계는,
    상기 16개의 구역이 각각 동일한 넓이를 갖는 구역으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 밀집된 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 셀설정단계는,
    상기 16개의 구역이 각각 동일한 가로길이 및 세로길이로 구성된 구역으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 밀집된 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
  6. 항공기에 탑재되는 레이더(Radar) 시스템에 탑재되어, 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지방법을 구현하는 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템으로서,
    도플러 축(doppler axis) 및 거리 축(range axis)으로 구성된 도플러-거리 지도에서 미리 설정된 시험 셀을 기준으로 가드 셀을 설정하고, 상기 도플러-거리 지도에서 시험 셀을 기준으로 16개의 구역을 설정하고, 상기 설정된 구역에서 기준 셀을 설정하는 셀설정부;
    상기 설정된 16개의 구역에 대한 평가치를 계산하고,
    상기 계산된 16개의 구역에 대한 평가치 중에서 가장 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 값을 기초로 문턱치를 계산하고,
    상기 계산된 문턱치를 기초로 상기 도플러-거리 지도에 잡힌 표적을 탐지하는 연산부; 및
    상기 16개의 구역에 따라 상기 연산이 반복되도록 제어하는 반복제어부를 포함하는, 비균질 클러터 환경에서 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀설정부는,
    상기 가드 셀이 상기 시험 셀의 행 좌표 및 열 좌표를 기초로 하여 설정되는 것을 특징으로 하는, 밀집된 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 셀설정부는,
    상기 16개의 구역을 각각 동일한 넓이를 갖는 구역으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 밀집된 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 셀설정부는,
    상기 16개의 구역이 각각 동일한 가로길이 및 세로길이로 구성된 구역으로 설정하는 것을 특징으로 하는, 밀집된 표적을 탐지하는 2D GO CA-CFAR 탐지 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102301154B1 (ko) * 2021-01-25 2021-09-10 국방과학연구소 잡음 전력 추정 방법 및 그 장치
KR102302744B1 (ko) 2021-03-31 2021-09-15 국방과학연구소 트랙 생성 방법 및 그 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0743449A (ja) * 1993-07-28 1995-02-14 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置
KR20140083568A (ko) * 2012-12-26 2014-07-04 현대모비스 주식회사 레퍼런스 셀 분할 평균 기법에 의한 ｃｆａｒ 검파 방법 및 이를 적용한 레이더 시스템
KR20140107799A (ko) 2013-02-28 2014-09-05 한국전자통신연구원 영상 전환 감지 장치를 이용한 레이더 장치 및 이의 동작 방법
JP2015125118A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 三菱電機株式会社 目標検出装置
KR20160039383A (ko) 2014-10-01 2016-04-11 국방과학연구소 적응 배경 선택에 의한 일정 오경보율 검파 방법 및 장치
US20180074185A1 (en) * 2016-03-18 2018-03-15 Src, Inc. Radar System

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0743449A (ja) * 1993-07-28 1995-02-14 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置
KR20140083568A (ko) * 2012-12-26 2014-07-04 현대모비스 주식회사 레퍼런스 셀 분할 평균 기법에 의한 ｃｆａｒ 검파 방법 및 이를 적용한 레이더 시스템
KR20140107799A (ko) 2013-02-28 2014-09-05 한국전자통신연구원 영상 전환 감지 장치를 이용한 레이더 장치 및 이의 동작 방법
JP2015125118A (ja) * 2013-12-27 2015-07-06 三菱電機株式会社 目標検出装置
KR20160039383A (ko) 2014-10-01 2016-04-11 국방과학연구소 적응 배경 선택에 의한 일정 오경보율 검파 방법 및 장치
US20180074185A1 (en) * 2016-03-18 2018-03-15 Src, Inc. Radar System

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102301154B1 (ko) * 2021-01-25 2021-09-10 국방과학연구소 잡음 전력 추정 방법 및 그 장치
KR102302744B1 (ko) 2021-03-31 2021-09-15 국방과학연구소 트랙 생성 방법 및 그 장치

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