KR102275387B1

KR102275387B1 - Apparatus and method for detecting small target

Info

Publication number: KR102275387B1
Application number: KR1020200022905A
Authority: KR
Inventors: 홍상표
Original assignee: 한화시스템 주식회사
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-07-09

Abstract

A method according to an embodiment of the present invention is a method for detecting a small target. The method includes: a process of extracting a beat frequency of a target; a process of checking a distance and a speed based on the beat frequency; and checking a location of the target based on the checked distance and speed.

Description

소형 표적 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SMALL TARGET} Small target detection device and method {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SMALL TARGET}

본 발명은 소형 표적 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a compact target detection apparatus and method.

일반적으로 LiDAR(Light Detection and Ranging)는 사물 거리 정보 획득을 위해 물체에서 반사된 고출력 레이저 빔의 시간 측정 기반 사물 탐지 기술을 의미한다. In general, LiDAR (Light Detection and Ranging) refers to an object detection technology based on time measurement of a high-power laser beam reflected from an object to obtain object distance information.

도 1은 LiDAR 측정 원리를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary diagram illustrating a LiDAR measurement principle.

상기 LiDAR 기술은 도 1을 참조하면, 소형무인기 표적을 0.1°의 레이저빔을 임의의 공간(8°× 8°)에 조사하여 빠르고 정확하게 탐지할 수 있다. 또한, LiDAR 측정 원리는 레이저 신호를 표적에 조사한 후, 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 3차원 좌표(X, Y, R)를 획득 및 영상으로 전시한다.Referring to FIG. 1 , the LiDAR technology can quickly and accurately detect a small UAV target by irradiating a laser beam of 0.1° into an arbitrary space (8°×8°). In addition, the LiDAR measurement principle irradiates a laser signal to a target and measures the time to reflect and return to acquire and display three-dimensional coordinates (X, Y, R) as an image.

상기 LiDAR 기술을 이용하여 소형 표적을 검출할 경우, 해상도가 매우 낮아 정확한 표적 검출에 부적합한 문제가 있다.In the case of detecting a small target using the LiDAR technology, the resolution is very low, which makes it unsuitable for accurate target detection.

본 발명은 해상도를 높여 소형 표적을 정확하게 검출하는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for accurately detecting a small target by increasing the resolution.

본 발명은 표적을 보고 바로 지휘통제할 수 있도록 3D 영상으로 표적을 표현하는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for expressing a target in a 3D image so that the target can be directly commanded and controlled by looking at the target.

본 발명의 실시예에 따른 방법은, 소형 표적 검출 방법에 있어서, 상기 표적의 비트 주파수를 추출하는 과정; 상기 비트 주파수를 기반으로 하여 거리 및 속도를 확인하는 과정; 및 확인된 거리 및 속도를 기반으로 하여 상기 표적의 위치를 확인하는 과정을 포함한다.A method according to an embodiment of the present invention provides a method for detecting a small target, the method comprising: extracting a beat frequency of the target; determining a distance and a speed based on the beat frequency; and determining the position of the target based on the identified distance and speed.

본 발명의 실시예에 따른 장치는, 소형 표적 검출 장치에 있어서, 상기 표적의 비트 주파수를 추출하는 센서부; 상기 비트 주파수를 기반으로 하여 거리 및 속도를 확인하는 신호처리부; 및 확인된 거리 및 속도를 기반으로 하여 상기 표적의 위치를 확인하는 구동부를 포함한다.An apparatus according to an embodiment of the present invention provides a small target detection apparatus, comprising: a sensor unit for extracting a beat frequency of the target; a signal processing unit for checking a distance and a speed based on the beat frequency; and a driving unit for confirming the position of the target based on the identified distance and speed.

본 발명은 해상도를 높여 소형 표적을 정확하게 검출할 수 있다.The present invention can accurately detect a small target by increasing the resolution.

본 발명은 3D 영상의 표적을 보고 바로 지휘통제할 수 있다.According to the present invention, it is possible to directly command and control a target in a 3D image.

도 1은 LiDAR 측정 원리를 나타낸 예시도;
도 2는 비동기 방식의 예시도;
도 3은 비동기 방식을 적용한 표적 검출 장치의 블록 구성도;
도 4는 동기 방식을 적용하면서 넓은 영역에서 동일한 간섭 특성을 확보한 예시도;
도 5는 동기 방식을 적용한 표적 검출 장치의 블록 구성도;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 소형 표적 검출 장치 블록 구성도;
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 센서부의 블록 구성도;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리부의 블록 구성도;
도 9a는 LADAR 방정식의 제1 개념도;
도 9b는 Matlab을 이용한 위협체 표적 거리-속도 분석, 진입(좌)-퇴각(우) 표적을 나타낸 예시도;
도 10은 LADAR 방정식의 제2 개념도;
도 11은 Beam Divergence 개념도;
도 12는 수광 광학계 이득 개념도;
도 13은 Cross-sectional Area 개념도;
도 14는 결맞음 FMCW 방식 LiDAR의 신호검출 모델링 예시도;
도 15는 Pre-Distortion 알고리즘의 동작 원리를 나타낸 예시도;
도 16은 본 발명에 적용된 주파수 선형화를 위한 시험 구성도;
도 17은 레이저 주파수 선형화 시험 결과를 나타낸 예시도;
도 18은 본 발명에 적용된 주파수 선형화를 위한 시험 구성도의 예시도;
도 19는 주파수 선형화 보상 전, 후 거리연산 결과를 나타낸 예시도;
도 20은 더블패스 MZI의 개략적인 구조도;
도 21은 램프구동전압에 따른 간섭파형을 나타낸 예시도;
도 22는 각도/거리 정보를 기반으로 한 좌표 변환을 나타낸 예시도;
도 23은 각도/거리 정보를 기반으로 한 3차원 거리맵을 나타낸 예시도;
도 24는 3차원 공간/시간 필터를 나타낸 예시도;
도 25는 Array 구조의 LiDAR System의 예시도;
도 26은 스위치 구조의 LiDAR System의 예시도;
도 27은 타체계 연동 시스템 예시도;
도 28은 자율주행차 LiDAR 시스템과 상용 FMCW LiDAR 시스템 예시도;
도 29는 수풀은폐표적탐지 LiDAR 예시도;
도 30은 드론 헌터 제품에 LiDAR 제품 적용 예시도; 및
도 31은 본 발명의 실시 예에 따른 소형 표적 검출 방법을 나타낸 흐름도.1 is an exemplary diagram illustrating a LiDAR measurement principle;
2 is an exemplary diagram of an asynchronous scheme;
3 is a block diagram of a target detection apparatus to which an asynchronous method is applied;
4 is an exemplary view of securing the same interference characteristics in a wide area while applying a synchronization method;
5 is a block diagram of a target detection apparatus to which a synchronization method is applied;
6 is a block diagram of a small target detection apparatus according to an embodiment of the present invention;
7 is a block diagram of a sensor unit according to an embodiment of the present invention;
8 is a block diagram of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention;
9A is a first conceptual diagram of the LADAR equation;
9B is an exemplary view showing a threat target distance-velocity analysis using Matlab, an entry (left)-retreat (right) target;
10 is a second conceptual diagram of the LADAR equation;
11 is a conceptual diagram of Beam Divergence;
12 is a conceptual diagram of a light receiving optical system gain;
13 is a conceptual diagram of a cross-sectional area;
14 is an exemplary diagram of signal detection modeling of a coherent FMCW method LiDAR;
15 is an exemplary diagram showing the operation principle of the Pre-Distortion algorithm;
16 is a test configuration diagram for frequency linearization applied to the present invention;
17 is an exemplary view showing a laser frequency linearization test result;
18 is an exemplary diagram of a test configuration for frequency linearization applied to the present invention;
19 is an exemplary diagram showing a distance calculation result before and after frequency linearization compensation;
20 is a schematic structural diagram of a double-pass MZI;
21 is an exemplary diagram illustrating an interference waveform according to a lamp driving voltage;
22 is an exemplary diagram illustrating coordinate transformation based on angle/distance information;
23 is an exemplary diagram illustrating a three-dimensional distance map based on angle/distance information;
24 is an exemplary diagram illustrating a three-dimensional space/time filter;
25 is an exemplary diagram of an Array-structured LiDAR System;
26 is an exemplary diagram of a LiDAR System of a switch structure;
27 is an exemplary diagram of an interworking system with other systems;
28 is an exemplary diagram of an autonomous vehicle LiDAR system and a commercial FMCW LiDAR system;
29 is an exemplary view of the forest cover detection LiDAR;
30 is an example of application of LiDAR products to drone hunter products; and
31 is a flowchart illustrating a method for detecting a small target according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, this is not intended to limit the technology described in the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives of the embodiments of the present invention. . In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components.

본 발명에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다", 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In the present invention, expressions such as “have”, “may have”, “include”, or “may include” indicate the presence of a corresponding characteristic (eg, a numerical value, function, operation, or component such as a part). and does not exclude the presence of additional features.

본 발명에서, "A 또는 B", "A 또는/및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In the present invention, expressions such as “A or B”, “at least one of A or/and B”, or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together. . For example, "A or B", "at least one of A and B", or "at least one of A or B" means (1) includes at least one A, (2) includes at least one B; Or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.

본 발명에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.Expressions such as "first", "second", "first", or "second" used in the present invention may modify various elements, regardless of order and/or importance, and may modify one element to another. It is used only to distinguish it from the components, and does not limit the components. For example, the first user equipment and the second user equipment may represent different user equipment regardless of order or importance. For example, without departing from the scope of the rights described in the present invention, the first component may be named as the second component, and similarly, the second component may also be renamed as the first component.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상술한 어떤 구성요소가 상술한 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 어떤 구성요소와 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.A component (eg, a first component) is "coupled with/to (operatively or communicatively)" to another component (eg, a second component); When referring to "connected to", it should be understood that any of the above-described components may be directly connected to the above-described other component or may be connected through another component (eg, a third component). On the other hand, when it is said that a component (eg, a first component) is "directly connected" or "directly connected" to another component (eg, a second component), a component different from a component It may be understood that no other component (eg, a third component) exists between the elements.

본 발명에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)", "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)", "~하도록 설계된(designed to)", "~하도록 변경된(adapted to)", "~하도록 만들어진(made to)", 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 AP(application processor))를 의미할 수 있다.The expression "configured to (or configured to)" used in the present invention depends on the context, for example, "suitable for", "having the capacity to" It can be used interchangeably with "," "designed to", "adapted to", "made to", or "capable of". The term “configured (or configured to)” may not necessarily mean only “specifically designed to” in hardware. Instead, in some circumstances, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” with other devices or parts. For example, the phrase “a processor configured (or configured to perform) A, B, and C” refers to a dedicated processor (eg, an embedded processor) for performing the operations, or by executing one or more software programs stored in a memory device. , may mean a generic-purpose processor (eg, a CPU or an application processor (AP)) capable of performing corresponding operations.

본 발명에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 발명에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 발명에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 발명에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and may not be intended to limit the scope of other embodiments. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Terms used herein, including technical or scientific terms, may have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art described in the present invention. Among the terms used in the present invention, terms defined in general dictionary may be interpreted with the same or similar meaning as the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present invention, ideal or excessively formal meanings is not interpreted as In some cases, even terms defined in the present invention cannot be construed to exclude embodiments of the present invention.

본 발명의 실시 예는 정지, 소형, 및/또는 저속 무인기 탐지를 위해 Coherent FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 적용하였으며, 후술될 도 6의 파형 발생기에서 시간에 따라 주파수가 변하는 FM(Frequency Modulated) 신호를 생성하여 그 신호를 공수 광학계를 통해 방사하고, 장애물로부터 재 반사되는 신호를 다시 수신할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예는 후술될 도 6의 레이저 간섭계를 통해 송신한 신호와 수신한 신호의 주파수 차이가 발생되고, 레이저 검출기를 통하여 검출된 송신 주파수와 수신 주파수의 차이인 비트 주파수를 신호 처리부에서 신호 처리를 통하여 거리 및 속도를 획득할 수 있다.An embodiment of the present invention applies a Coherent FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method for detecting a stationary, small, and/or low-speed UAV, and in the waveform generator of FIG. 6 to be described later, a frequency modulated (FM) frequency is applied. It is possible to generate a signal, radiate the signal through the airborne optics, and receive again the signal reflected back from the obstacle. In addition, according to an embodiment of the present invention, a frequency difference between a signal transmitted and a received signal through the laser interferometer of FIG. 6 to be described later is generated, and a bit frequency that is a difference between a transmission frequency and a reception frequency detected through a laser detector is converted into a signal processing unit Distance and speed can be obtained through signal processing.

FMCW LiDAR는 하기 <수학식 1>과 같이, 수십 MHz의 비트 주파수가 측정되고, 측정된 비트 주파수는 거리 및/또는 속도 정보를 포함되어 있으므로 표적의 거리를 알 수 있다. In the FMCW LiDAR, as shown in Equation 1 below, a beat frequency of several tens of MHz is measured, and since the measured beat frequency includes distance and/or speed information, the target distance can be known.

여기서, R은 거리, c는 속도, 및 f_Beat는 비트 신호의 주파수를 의미한다.Here, R is the distance, c is the speed, and f _Beat is the frequency of the beat signal.

f_Beat는 하기 <수학식 2>와 같이, 나타낼 수 있다.f _Beat may be expressed as in Equation 2 below.

f_Tx는 송신광 신호의 주파수를 나타내고, f_Rx는 수신광 신호의 주파수를 나타낸다.f _Tx represents the frequency of the transmit light signal, and f _Rx represents the frequency of the receive light signal.

FMCW LiDAR 측정방법으로는 송신광 및/또는 수신광 신호로부터 비트 주파수를 변조하는 비동기(Incoherent) 방식과 비트 주파수를 직접 측정하는 동기(Coherent) 방식이 있으며, 본 발명의 실시 예에서는 동기 방식을 적용하였다. As the FMCW LiDAR measurement method, there are an incoherent method of modulating a bit frequency from a transmitted light and/or a received light signal and a coherent method of directly measuring the bit frequency. In the embodiment of the present invention, the synchronizing method is applied. did.

참고로, 비동기 방식은 다음과 같은 특징이 있다. For reference, the asynchronous method has the following characteristics.

도 2는 비동기 방식의 예시도를 나타내고, 도 3은 비동기 방식을 적용한 표적 검출 장치의 블록 구성도이다.2 shows an exemplary diagram of the asynchronous method, and FIG. 3 is a block diagram of a target detection apparatus to which the asynchronous method is applied.

- 도 2 및 도 3을 참조하면, 비동기 방식은 송신광과 수신광 신호의 주파수를 측정가능 대역으로 감소할 수 있다.- Referring to FIGS. 2 and 3 , the asynchronous method may reduce the frequencies of the transmit light and receive light signals to a measurable band.

- 비동기 방식은 전자기파의 주파수를 측정가능 대역으로 떨어뜨리면 레이다와 동일할 수 있다.- The asynchronous method can be the same as radar by dropping the frequency of electromagnetic waves into the measurable band.

- 비동기 방식은 레이저의 장점을 유지하여 FMCW 구현을 위해 레이저 Intensity를 FMCW 변조(약 1 ~ 50 GHz)할 수 있다.- The asynchronous method maintains the advantages of the laser, so that the laser intensity can be FMCW-modulated (about 1 ~ 50 GHz) for FMCW implementation.

- 도 2 및 도 3을 참조하면, 비동기 방식은 송신광과 수신광 신호를 전자적으로 획득할 수 있다.(도 2에 나타낸 바와 같이, 전자적 Mixer를 통해 비트 주파수 획득, 레이다 신호 처리 과정과 동일)- Referring to Figs. 2 and 3, the asynchronous method can electronically acquire the transmit light and receive light signals. (As shown in Fig. 2, the beat frequency is obtained through the electronic mixer, the same as the radar signal processing process)

참고로, 동기 방식은 다음과 같은 특징이 있다. For reference, the synchronization method has the following characteristics.

도 4는 동기 방식을 적용하면서 넓은 영역에서 동일한 간섭 특성을 확보한 예시도를 나타내고, 도 5는 동기 방식을 적용한 표적 검출 장치의 블록 구성도이다.4 is a diagram illustrating an example of securing the same interference characteristics in a wide area while applying the synchronization method, and FIG. 5 is a block diagram of a target detection apparatus to which the synchronization method is applied.

- 넓은 영역에서 동일한 간섭특성을 얻기 위해 도 4와 같이 두 레이저 빔의 위치와 진행 방향이 일치되어야 한다.- In order to obtain the same interference characteristics in a wide area, the position and the traveling direction of the two laser beams must match as shown in FIG. 4 .

- 도 4와 같이 인접한 두 개의 광섬유로 구성된 Fiber Coupler를 이용하여 간섭을 일으킨다.- As shown in FIG. 4, interference is caused by using a Fiber Coupler composed of two adjacent optical fibers.

- 송신 레이저의 주파수를 FMCW 파형으로 변조하는 동기(Coherent) 방식을 적용하였으며, 도 5와 같이, 두 송신 레이저 주파수의 간섭현상(Interference)을 이용, 두 신호의 주파수 차이를 획득하여 비트 주파수 추출한다.- A synchronous (coherent) method of modulating the frequency of the transmitting laser into an FMCW waveform is applied, and as shown in FIG. 5, the frequency difference between the two signals is obtained by using the interference between the two transmitting laser frequencies, and the beat frequency is extracted. .

하기 <표 1>은 비동기 방식과 동기 방식의 특성 비교표이다.The following <Table 1> is a comparison table of characteristics of the asynchronous method and the synchronous method.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 소형 표적 검출 장치 블록 구성도이다.6 is a block diagram of a small target detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

소형 표적 검출 장치(600)는 센서부(610), 신호 처리부(620), 및 구동부(630) 등으로 구성된다.The small target detection apparatus 600 includes a sensor unit 610 , a signal processing unit 620 , and a driving unit 630 .

센서부(610)는 주파수 변조 레이저를 발진/증폭하여 표적에 조사하고, 표적의 Beat Frequency를 획득하여 신호 처리부(620a, 620b)에 전송한다. 또한 센서부(610)는 신호 처리를 위한 동기 신호를 발생하여 신호 처리부(620a, 620b)에 전송하는 기능을 수행한다. The sensor unit 610 oscillates/amplifies the frequency-modulated laser to irradiate the target, acquires a beat frequency of the target, and transmits it to the signal processing units 620a and 620b. Also, the sensor unit 610 performs a function of generating a synchronization signal for signal processing and transmitting it to the signal processing units 620a and 620b.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 센서부의 블록 구성도이다. 7 is a block diagram of a sensor unit according to an embodiment of the present invention.

센서부(610)는 도 7과 같이 레이저 발진기/변조기, 증폭기, 송수광 광학계, 고속 레이저 수신기, 전원공급장치 및 하우징으로 구성되며, 센서부의 핵심 구성 요소는 하기 도 7에서 도시된 바와 같은 구성을 가진다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 비트 신호를 레이저 간섭계, 레이저 검출기로부터 얻어진다.The sensor unit 610 is composed of a laser oscillator/modulator, an amplifier, an optical transmission/reception system, a high-speed laser receiver, a power supply and a housing as shown in FIG. 7, and the core components of the sensor unit are configured as shown in FIG. have As shown in Fig. 7, a bit signal is obtained from a laser interferometer and a laser detector.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리부의 블록 구성도이다.8 is a block diagram of a signal processing unit according to an embodiment of the present invention.

신호 처리부(620)는 도 8과 같이, 센서부(610)로부터 수신된 비트 주파수를 수신하여 신호 처리/표적 추출하여 제어/전시 컴퓨터(640)로 전송한다.As shown in FIG. 8 , the signal processing unit 620 receives the bit frequency received from the sensor unit 610 , processes/targets the signal, and transmits it to the control/display computer 640 .

신호 처리부(620)는 신호 처리부(620) 내 송수신제어모듈을 통한 구동부 제어 및 센서 시스템 동기를 위해 센서부로부터 동기 신호를 수신하여 해당 동기 신호를 이용하여 내부 동작을 제어하는 기능을 수행한다.The signal processing unit 620 receives a synchronization signal from the sensor unit for controlling the driving unit through the transmission/reception control module in the signal processing unit 620 and synchronizing the sensor system, and performs a function of controlling an internal operation using the synchronization signal.

**시스템 Power Budget 분석****System Power Budget Analysis**

- 결맞음(Coherent) 레이저의 간섭 현상에 의한 신호 증폭 효과를 고려하여 시스템 설계 및 분석한다.- Design and analyze the system considering the signal amplification effect caused by the interference phenomenon of coherent laser.

- 거리에 따른 속도 함수를 1차원 선형 함수의 직선 교차점을 이용하여 위협체 표적 분석한다.- The speed function according to the distance is analyzed for the threat object by using the linear intersection of the one-dimensional linear function.

표적에서 반사된 레이저가 검출기에 입사되기까지의 일련의 과정을 모델링하여, 시스템의 성능을 분석한다. The performance of the system is analyzed by modeling the series of processes from the laser reflected from the target to entering the detector.

도 9a는 LADAR 방정식의 제1 개념도를 나타낸다. 잘 알려진 RADAR 방정식으로부터 레이저의 전달함수를 모델링한 LADAR 방정식은 도 9와 같이 기술된다.9A shows a first conceptual diagram of the LADAR equation. The LADAR equation modeling the transfer function of the laser from the well-known RADAR equation is described as shown in FIG. 9 .

여기서,

는 송광 레이저의 파워,

은 검출기에 압사되는 레이저의 파워를 나타낸다. here,

is the power of the transmitting laser,

denotes the power of the laser being pressed to the detector.

도 9b는 Matlab을 이용한 위협체 표적 거리-속도 분석, 진입(좌)-퇴각(우) 표적을 나타낸 예시도이다.9B is an exemplary diagram illustrating a threat target distance-velocity analysis using Matlab, and an entry (left)-regression (right) target.

도 10은 LADAR 방정식의 제2 개념도를 나타낸다.10 shows a second conceptual diagram of the LADAR equation.

도 10에 나타낸 바와 같이, 레이저 모듈에서 표적까지의 거리를

으로 나타내고, 표적에서 검출기까지의 거리를

로 나타낸다.

는 레이저 송신부의 이득을 나타내며,

은 레이저 수신부의 이득을 나타낸다.

은 시스템의 순간시계 내의 표적의 유효 단면적,

는 대기투과도,

는 시스템의 광학투과도를 나타낸다.As shown in Figure 10, the distance from the laser module to the target

, and the distance from the target to the detector is

is represented by

represents the gain of the laser transmitter,

is the gain of the laser receiver.

is the effective cross-sectional area of the target within the instantaneous field of view of the system,

is the atmospheric permeability,

is the optical transmittance of the system.

송광 안테나 이득

는 레이저 빔의 최대 표면적에서의 Power Density와 실제 레이저빔의 표면적에서의 Power Density의 비로 정의된다. 따라서, 안테나 이득은 하기 <수학식 3>과 같이, 결정될 수 있다.Transmitting antenna gain

is defined as the ratio of the power density at the maximum surface area of the laser beam to the power density at the actual laser beam surface area. Accordingly, the antenna gain may be determined as in Equation 3 below.

여기서,

는 입체각[단위: sr]으로 기술된 Beam Width이다. 일반적으로 레이저의 출력빔은 Gaussian Distribution을 따르기 때문에, 간략히 도 11과 같이, Beam Divergence[단위: rad]으로 표현하면 다음과 같다. here,

is the beam width described in solid angle [unit: sr]. In general, since the output beam of a laser follows a Gaussian distribution, as shown in FIG. 11, it is briefly expressed in Beam Divergence [unit: rad] as follows.

도 11은 Beam Divergence 개념도를 나타낸다.11 shows a conceptual diagram of Beam Divergence.

따라서, Beam Width는 하기 <수학식 4>와 같이, 결정될 수 있다.Accordingly, the beam width may be determined as in Equation 4 below.

여기서,

는 Beam Divergence,

는 거리

에서 레이저빔의 단면적을 나타낸다. 수광 광학계의 이득은 수광 광학계의 단면적으로 정의된다. 수광 광학계의 이득

은 다음과 같이 구할 수 있다. here,

is Beam Divergence,

is the distance

represents the cross-sectional area of the laser beam. The gain of the light-receiving optical system is defined by the cross-sectional area of the light-receiving optical system. Gain of light receiving optical system

can be obtained as

도 12는 수광 광학계 이득 개념도를 나타낸다.12 shows a conceptual diagram of a light receiving optical system gain.

따라서, 수광 광학계의 이득

은 하기 <수학식 5>와 같이 결정될 수 있다.Therefore, the gain of the light receiving optical system

may be determined as in Equation 5 below.

여기서,

는 수광 광학계의 유효구경을 나타낸다.here,

represents the effective aperture of the light receiving optical system.

도 13은 Cross-sectional Area 개념도를 나타낸다. 13 shows a conceptual diagram of a cross-sectional area.

레이저 발산각

와 수광 광학계의 순간시계(IFOV: Instantaneous Field of View)

및 순간시계 내 표적의 비율

로부터 순간시계 내의 표적 Cross-sectionnal Area

는 하기 <수학식 6>과 같이, 결정될 수 있다.laser divergence

and Instantaneous Field of View (IFOV)

and the proportion of the target in the instantaneous

Target Cross-section Area in the Instantaneous Clock from

may be determined as in Equation 6 below.

시스템의 광학적 투과효율

는 하기 <수학식 7>과 같이, 결정될 수 있다.Optical Transmission Efficiency of the System

may be determined as in Equation 7 below.

여기서,

는 표적반사입체각을 나타내고,

와

은 송광 광학계의 투과효율과 수광 광학계의 투과효율을 나타낸다. ρ_T는 표적의 반사율, φ_s는 레이저와 표적반사표면 사이의 각도를 나타낸다. here,

represents the target reflection solid angle,

Wow

represents the transmission efficiency of the light transmitting optical system and the transmission efficiency of the light receiving optical system. ρ _T is the reflectance of the target, and φ _s is the angle between the laser and the target reflective surface.

대기투과효율

는 표적까지의 대기투과도

의 제곱으로 정의 될수 있다. air permeation efficiency

is the air permeability to the target

can be defined as the square of

따라서, LADAR 방정식은 하기 <수학식 8>과 같이, 변형하여 사용할 수 있다.Therefore, the LADAR equation can be modified and used as shown in Equation 8 below.

여기서, 각도가 매우 작을 경우

,

로 가정하여 정리하였다. 또 레이저와 표적의 표면 반사각도는 0도로 가정하였다.Here, if the angle is very small

,

It was assumed that . In addition, the surface reflection angle of the laser and the target was assumed to be 0 degrees.

이하에서는 결맞음 신호검출에 대해서 기술하기로 한다.Hereinafter, coherence signal detection will be described.

도 14는 결맞음 FMCW 방식 LiDAR의 신호검출 모델링 예시도이다.14 is a diagram illustrating signal detection modeling of a coherent FMCW type LiDAR.

결맞음 FMCW 방식 LiDAR의 신호검출 과정을 도 14와 같이 모델링할 수 있다.The signal detection process of the coherent FMCW type LiDAR can be modeled as shown in FIG. 14 .

시간에 따라서 선형적으로 변하는 레이저의 주파수를

라 하면 송신 레이저의 Electric Field

는 하기 <수학식 9>와 같이, 결정될 수 있다.The frequency of the laser changes linearly with time.

, the electric field of the transmitting laser

may be determined as in Equation 9 below.

여기서,

는 Electric Field의 진폭이다.here,

is the amplitude of the electric field.

마찬가지로 표적으로부터 반사된 레이저의 주파수를

라 하면, 수신 레이저의 Electric Field

는 하기 <수학식 10>과 같이, 결정될 수 있다.Similarly, the frequency of the laser reflected from the target

In other words, the electric field of the receiving laser

may be determined as in Equation 10 below.

송신 레이저와 수신 레이저의 간섭신호는 하기 <수학식 11>과 같이, 결정될 수 있다.The interference signal of the transmitting laser and the receiving laser may be determined as in Equation 11 below.

여기서, 송신광의 Intensity를

, 수신광의 Intensity를

라고 정의하면, Beat 신호

는 하기 <수학식 12>와 같이, 결정될 수 있다.Here, the intensity of the transmitted light is

, the intensity of the received light

If defined, the Beat signal

may be determined as in Equation 12 below.

여기서,

는 Beat 신호의 주파수이다. 위의 수식에서 볼수 있듯이 Beat

는 표적으로부터 반사된 레이저의 Intensity

의 Square Root에 비례하고,

의 Square Root에 비례한다. 일반적으로

는 매우 미약한 신호이므로,

의 값을 증가시키면, Beat 신호의 크기가 증가하므로, 신호를 증폭할 수 있다. 따라서, Coherent 방식의 LiDAR의 경우, Direct 방식의 LiDAR 대비 민감도가 높은 장점이 있다.here,

is the frequency of the beat signal. As you can see in the above formula, Beat

is the intensity of the laser reflected from the target.

Proportional to the Square Root of

is proportional to the square root of Generally

is a very weak signal, so

If the value of is increased, the magnitude of the Beat signal increases, so that the signal can be amplified. Therefore, in the case of the coherent-type LiDAR, there is an advantage in that the sensitivity is higher than that of the direct-type LiDAR.

또한, Beat 신호의 크기는 수신광의 크기에 비례하지 않고, Square Root에 비례하므로, 거리변화에 따른 신호 크기의 변화가 적으므로, Dynamic Range가 높은 장점을 가지고 있다.In addition, since the size of the beat signal is not proportional to the size of the received light, but proportional to the square root, the change in the signal size according to the distance change is small, so it has an advantage of high dynamic range.

이하에서는 본 발명에 적용되는 Pre-Distortion 알고리즘을 기술하기로 한다.Hereinafter, the Pre-Distortion algorithm applied to the present invention will be described.

Pre-Distortion 알고리즘의 기본적인 동작원리는 다음과 같다.The basic operation principle of the Pre-Distortion algorithm is as follows.

구동전류와 발진 레이저 주파수와의 관계가 선형적이지 않으므로, 미리 구동전류와 발진 레이저 주파수와의 관계를 측정하여, 의도적으로 왜곡된 구동전류를 인가하여, 레이저의 발진 주파수를 선형화한다.Since the relationship between the driving current and the oscillation laser frequency is not linear, the relationship between the driving current and the oscillation laser frequency is measured in advance, and a distorted driving current is intentionally applied to linearize the oscillation frequency of the laser.

도 15는 Pre-Distortion 알고리즘의 동작 원리를 나타낸 예시도이다.15 is an exemplary diagram illustrating the operation principle of the Pre-Distortion algorithm.

도 15는 시간에 따라 변하는 주파수를 나타낸 것으로써, 파란색 선은 ideal한 라인을 의미하고, 빨간색 선은 선형화된 라인을 나타낸다.15 shows a frequency varying with time, a blue line indicates an ideal line, and a red line indicates a linearized line.

일반적으로 구동전류의 Sweep Rate

와 레이저의 발진주파수의 Sweep Rate

와의 관계는 선형관계가 아니다. 즉, 구동전류의 Sweep Rate

와 레이저의 발진주파수의 Sweep Rate

와의 관계는 하기 <수학식 13>과 같이 나타낼 수 있다.In general, sweep rate of driving current

and sweep rate of laser oscillation frequency

The relationship with is not linear. That is, the sweep rate of the driving current

and sweep rate of laser oscillation frequency

The relationship between and can be expressed as in Equation 13 below.

여기서,

는 비례 상수이다. 따라서, Pre-Distortion 알고리즘의 반복회수

일 때, 특정 시점

에서 구동전류의 Sweep Rate를

라 하면, 레이저 주파수의 Sweep Rate

는 하기 <수학식 14>와 같이, 결정될 수 있다.here,

is a proportional constant. Therefore, the number of iterations of the Pre-Distortion algorithm

when, at a specific point in time

Sweep Rate of driving current in

, the sweep rate of the laser frequency

may be determined as in Equation 14 below.

여기서,

는 비례 상수이다.here,

is a proportional constant.

여기서,

차 반복회수에서, 시간

에 따른 전류 Sweep Rate

는 알려진 값이고, 그때의 발진주파수 Sweep Rate

는 측정하여 얻어낼 수 있다. 따라서,

차 반복회수일 때의 비례 상수

를 얻을 수 있다. 얻어진 비례상수

로부터 이상적으로 선형적인 주파수 Sweep Rate

에 대한 비례상수의 추정값

은 하기 <수학식 15>와 같이, 얻을 수 있다.here,

In car iterations, time

Current sweep rate according to

is a known value, and then the oscillation frequency sweep rate

can be obtained by measuring. therefore,

Proportional constant for the number of iterations

can get obtained proportional constant

Ideally linear frequency sweep rate from

Estimate of the proportionality constant for

can be obtained as in the following <Equation 15>.

따라서, 다음 반복회수

일 때의 구동전류의 Sweep Rate

는 하기 <수학식 16>과 같이, 결정될 수 있다.So, the next iteration

Sweep Rate of driving current when

may be determined as in Equation 16 below.

이와 같은 과정을 무한히 반복하면, 비례상수의 추정값

는 실제의 비례상수

에 무한히 근접하게 되며, 레이저의 발진주파수 Sweep Rate

는 이상적인 주파수 Sweep Rate

값에 무한히 근접하게 된다.If this process is repeated infinitely, the estimated value of the proportionality constant is

is the actual proportionality constant

Infinitely close to the oscillation frequency of the laser sweep rate

is the ideal frequency sweep rate

value is infinitely close.

본 발명의 실시 예는 주파수 선폭 100 kHz 이하의 성능을 만족하는 상용 협대역(Narrow Linewidth) 레이저를 적용할 수 있다.An embodiment of the present invention can apply a commercial narrow-band (Narrow Linewidth) laser that satisfies the performance of a frequency line width of 100 kHz or less.

본 발명의 실시 예는 레이저의 변조주파수에 존재하는 비선형성을 측정하기 위한 고정밀 레이저 간섭계를 구현할 수 있다.An embodiment of the present invention can implement a high-precision laser interferometer for measuring the nonlinearity present in the modulation frequency of the laser.

본 발명의 실시 예는 파장 1550 nm를 가지는 레이저의 주파수는 약 193.5 THz로 직접 측정이 불가능하며, 레이저 간섭계를 통해 변조된 주파수의 차이만을 측정 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the frequency of the laser having a wavelength of 1550 nm cannot be directly measured as about 193.5 THz, and only the difference in the frequency modulated by the laser interferometer can be measured.

본 발명의 실시 예는 레이저 간섭계로부터 얻은 신호로부터 레이저의 주파수를 연산하기 위한 알고리즘 구현할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시 예는 Mach-Zehnder 간섭계 신호처리 알고리즘을 하기 <표 2>와 같이 구현할 수 있다.An embodiment of the present invention may implement an algorithm for calculating the frequency of a laser from a signal obtained from a laser interferometer. In this case, an embodiment of the present invention may implement the Mach-Zehnder interferometer signal processing algorithm as shown in Table 2 below.

본 발명의 실시 예는 레이저 구동전류 vs. 레이저 발진주파수의 비선형관계를 미리 측정할 수 있다.In an embodiment of the present invention, laser driving current vs. The nonlinear relationship of the laser oscillation frequency can be measured in advance.

- 위 관계로부터 선형주파수 변조가 가능한 구동전류를 연산- Calculate the driving current capable of linear frequency modulation from the above relationship

- 의도적으로 왜곡된 구동전류로 레이저 구동- Laser driving with intentionally distorted driving current

- 선형적 주파수 변조 레이저 획득- Acquire a linear frequency modulated laser

본 발명에 적용된 주파수 선형화는 다음과 같다.Frequency linearization applied to the present invention is as follows.

도 16은 본 발명에 적용된 주파수 선형화를 위한 시험 구성도를 나타낸다.16 shows a test configuration diagram for frequency linearization applied to the present invention.

도 17은 레이저 주파수 선형화 시험 결과를 나타낸 예시도다.17 is an exemplary view showing a laser frequency linearization test result.

도 18은 본 발명에 적용된 주파수 선형화를 위한 시험 구성도의 예시도이다.18 is an exemplary diagram of a test configuration diagram for frequency linearization applied to the present invention.

도 15 내지 도 18과 관련된 Pre-Distortion Algorithm의 특징은 다음과 같다.The characteristics of the Pre-Distortion Algorithm related to FIGS. 15 to 18 are as follows.

- 도 16을 참조하면, 레이저 다이오드 구동전류와 레이저 발진 주파수의 관계를 미리 측정한다.(Fiber Ring Resonator 이용)- Referring to FIG. 16, the relationship between the laser diode driving current and the laser oscillation frequency is measured in advance (using Fiber Ring Resonator).

- 주파수가 선형적으로 Sweep되도록 의도적인 비선형 구동 전류를 인가한다.- Apply intentional non-linear driving current so that the frequency is linearly swept.

주파수 Sweep Rate는 <수학식 17> 및 <수학식 18>과 같이, 나타낼 수 있다.The frequency sweep rate may be expressed as in <Equation 17> and <Equation 18>.

- Fiber Ring Resonator를 이용하여 레이저 주파수를 측정한다.- Measure laser frequency using Fiber Ring Resonator.

- 알고리즘 반복 적용하여 주파수 선형화를 반족한다.(m=11)- Repeat the application of the algorithm to satisfy the frequency linearization (m=11)

- Fiber 길이 6.75m 적용 시 FSR = 30MHz이다.- When the fiber length of 6.75m is applied, FSR = 30MHz.

- Pre-Distortion Algorithm 수행 결과를 거리 해상도 측정 결과로 검증한다.- Verify the results of Pre-Distortion Algorithm with distance resolution measurement results.

- Pre-Distortion 수행 결과를 DDS Signal Generator에 포팅하여, 레이저 발진 주파수 선형화한다.- The result of pre-distortion is ported to the DDS signal generator, and the laser oscillation frequency is linearized.

- 실제 표적 및 delay fiber를 이용, 해당 거리 표적에 대한 Beat Signal 획득 및 FFT(Fast Fourier Transform) 처리한다. - Acquisition of beat signal and FFT (Fast Fourier Transform) processing for the target distance by using real target and delay fiber.

도 19는 주파수 선형화 보상 전, 후 거리연산 결과를 나타낸 예시도이다.19 is an exemplary diagram illustrating a distance calculation result before and after frequency linearization compensation.

마하젠더(Mach-Zehnder)형 광섬유 레이저 간섭계 구조Mach-Zehnder type fiber laser interferometer structure

광섬유 마하젠더 간섭계 (Mach-Zehnder interferometer, MZI)는 광섬유 방향성 커플러(directonal coupler)를 이용하여 쉽게 제작이 가능하며 광경로차를 조정하여 파장민감도의 조절이 용이하므로 광섬유 격자센서의 반사파장 복조(demodulator)와 광섬유 레이저의 파장변화 검출 등에 파장필터로 다양하게 적용되었다. 그러나 MZI는 입력파장의 변화에 대해서 코사인 형태의 파워전달함수를 가지므로, 별도의 신호처리 기법을 사용해야 한다The optical fiber Mach-Zehnder interferometer (MZI) can be easily manufactured using an optical fiber directional coupler, and it is easy to adjust the wavelength sensitivity by adjusting the optical path difference, so it is a demodulator of the reflected wavelength of the optical fiber grating sensor. ) and the detection of changes in the wavelength of fiber lasers, etc. as a wavelength filter. However, since MZI has a cosine-type power transfer function with respect to the change of the input wavelength, a separate signal processing technique must be used.

1. 더블패스 마하젠더 간섭계 구조 및 원리1. Double-pass Mach-Zehnder interferometer structure and principle

도 20은 더블패스 MZI의 개략적인 구조도를 나타낸다. 20 is a schematic structural diagram of a double-pass MZI.

파장이 변조된 광섬유 레이저의 출력은 MZI를 거쳐서 PD2에서 검출된다. 고정된 파장의 광원은 MZI를 통과한 후 기준 FBG에서 반사되고 MZI를 다시 한번 거쳐서 PD1에서 검출된다. PD1과 PD2의 신호를 하기 <수학식 19>, <수학식 20>과 같이 표현할 수 있다.The output of the wavelength-modulated fiber laser is detected in PD2 through MZI. A light source with a fixed wavelength passes through the MZI, is reflected by the reference FBG, passes through the MZI again, and is detected at PD1. The signals of PD1 and PD2 can be expressed as in Equation 19 and Equation 20 below.

상기 <수학식 20>에서,

과

는 간섭신호의 직류성분이고, A와 B는 입력광의 광세기와 손실에 비례하는 크기이다.

는 MZI의 한쪽 팔에 위상변조기를 두어 광경로를 변조한 주파수이고,

와

은 광경로차에 따른 입력파장의 위상성분이며,??

는 환경적 외란에 의한 위상변화량이다. 입력광의 파장변화가 크지 않은 경우에 간섭계 출력의 위상변화량

는 하기 <수학식 21>과 같이 근사할 수 있다.In the above <Equation 20>,

and

is the DC component of the interference signal, and A and B are magnitudes proportional to the light intensity and loss of the input light.

is the frequency at which the optical path is modulated by placing a phase modulator on one arm of the MZI,

Wow

is the phase component of the input wavelength according to the optical path difference,

is the amount of phase change due to environmental disturbance. The amount of phase change of the interferometer output when the wavelength change of the input light is not large

can be approximated as in Equation 21 below.

(

: 광섬유 코어의 굴절률,

: 간섭계의 광경로 차이,(

: refractive index of the optical fiber core,

: the optical path difference of the interferometer,

: 입력 광원의 초기파장,

: 광원의 파장변조량)

: the initial wavelength of the input light source,

: Wavelength modulation amount of light source)

수학식 21에서

를 추출하기 위해서 더블패스 MZI에서 생성되는 내부트리거를 이용하여 Quadrature 샘플링기법을 사용하였다. 먼저 입사광원의 초기파장을

으로 근사할 수 있다면, 수학식 20의 PD1 출력의 교류성분은 코사인함수이므로 연속하는 영점에서의 주기는 항상, π위상차를 만족하며 하기 <수학식 22>와 같은 식으로 표현된다.in Equation 21

To extract , quadrature sampling technique was used using the internal trigger generated from the double pass MZI. First, the initial wavelength of the incident light source

Since the AC component of the PD1 output of Equation 20 is a cosine function, the continuous period at the zero point always satisfies the π phase difference and is expressed as in Equation 22 below.

이때, 영점주기를 신호취득 내부 트리거로 사용하면, PD2의 간섭신호에서 90도 위상차를 가지는 2개의 샘플 데이터를 얻을 수 있다. 샘플링된 2개의 데이터를 서로 나누고, 탄젠트(tangent)의 역함수를 가하면, 제한된 구간(± π/2)안에서 위상이 복원된다. 한정된 구간에서 반복되는 위상을 이어주기 위해 위상풀기(phase unwrapping) 알고리즘을 적용하면 코사인 함수의 위상 변화량을 얻을 수 있으며 수학식 21을 이용하여 정확한 파장복조량을 계산할 수 있다.In this case, if the zero period is used as the signal acquisition internal trigger, two sample data having a phase difference of 90 degrees from the interference signal of PD2 can be obtained. When two sampled data are divided and an inverse of tangent is applied, the phase is restored within a limited interval (± π/2). If a phase unwrapping algorithm is applied to connect the phases that are repeated in a limited section, the amount of phase change of the cosine function can be obtained, and the amount of wavelength demodulation can be accurately calculated using Equation (21).

도 21은 램프구동전압에 따른 간섭파형을 나타낸 예시도이다. 21 is an exemplary diagram illustrating an interference waveform according to a lamp driving voltage.

여기서, a는 PD 2 간섭신호, b는 ac 커플링된 PD 1 간섭신호, c는 위상변조기 구동전압을 나타낸다.Here, a denotes a PD 2 interference signal, b denotes an ac-coupled PD 1 interference signal, and c denotes a phase modulator driving voltage.

도 21에서 (a)는 25 Hz 램프파형(5 V)을 한쪽팔의 광섬유가 감긴 원통형 PZT에 인가하여 PD2에서 얻은 MZI의 간섭신호이다. (b)는 기준 FBG에서 반사되어 2배의 광경로차를 경험하고 PD1에서 검출된 광신호를 ac커플링 하였다. ac커플링된 PD2 간섭신호의 영점에서 PD1의 샘플링 트리거 신호가 생성된다.21(a) is an interference signal of MZI obtained from PD2 by applying a 25 Hz ramp waveform (5 V) to a cylindrical PZT on which an optical fiber of one arm is wound. (b) is reflected from the reference FBG, experiencing a double optical path difference, and ac-coupled the optical signal detected in PD1. At the zero point of the ac-coupled PD2 interference signal, the sampling trigger signal of PD1 is generated.

이하에서는 본 발명에 적용된 3 차원 거리맵 생성 기술에 대해서 기술한다.Hereinafter, a technology for generating a 3D distance map applied to the present invention will be described.

절대좌표 연산은 다음과 같은 특징이 있다.Absolute coordinate operation has the following characteristics.

도 22는 각도/거리 정보를 기반으로 한 좌표 변환을 나타낸 예시도이고, 도 23은 각도/거리 정보를 기반으로 한 3차원 거리맵을 나타낸 예시도이다.22 is an exemplary diagram illustrating coordinate transformation based on angle/distance information, and FIG. 23 is an exemplary diagram illustrating a three-dimensional distance map based on angle/distance information.

- 도 22와 같이, 절대좌표계(WGS84) 기반으로 표적좌표를 추출한다.- As shown in FIG. 22, target coordinates are extracted based on the absolute coordinate system (WGS84).

- 도 23과 같이, GPS 정보 및 스캐너 정보로부터 3차원 거리맵을 생성한다.- As shown in FIG. 23, a 3D distance map is generated from GPS information and scanner information.

- 거리, 스캐너 정보, GPS 위성/고도 위치정보 이용 표적좌표를 생성한다.- Create target coordinates using distance, scanner information, and GPS satellite/altitude location information.

- 2대의 정밀 GPS를 이용한 센서부 초기자세를 측정한다.- Measure the initial posture of the sensor unit using two precision GPS units.

본 발명의 실시 예에 따른 3차원 영상 레이저 레이다 실시간 실시간 3D 좌표변환 및 3D 영상 누적 전시할 경우, 도 22 및 도 23과 같이, 각도/거리 정보를 활용한 3D 좌표변환 기술로 센서부로 입력된 신호를 3차원 좌표 변환 수행 및 표적 탐지처리 알고리즘 수행시 필요한 3차원 거리맵을 제공할 수 있다.When displaying 3D image laser radar real-time real-time 3D coordinate transformation and 3D image accumulation according to an embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 22 and 23, a signal input to the sensor unit by 3D coordinate transformation technology using angle/distance information It is possible to provide a 3D distance map required when performing 3D coordinate transformation and target detection processing algorithm.

본 발명에 적용된 3차원 거리맵 기반의 표적좌표 추출 방법은 다음과 같다.The three-dimensional distance map-based target coordinate extraction method applied to the present invention is as follows.

-사전에 획득된 3차원 거리맵을 이용하여, 이상점을 탐지하고 이상점의 정밀좌표를 획득하는 알고리즘을 적용- Using the 3D distance map obtained in advance, an algorithm is applied to detect anomalies and obtain precise coordinates of the outliers.

-절대좌표계(WGS84) 기반으로 표적좌표를 추출한다. 여기서 WGS84는 World Geodetic System으로, 미국에서 군사용으로 GPS 시스템을 이용하면서 만든 좌표계를 나타낸다.- Extract the target coordinates based on the absolute coordinate system (WGS84). Here, WGS84 is the World Geodetic System and represents the coordinate system created while using the GPS system for military purposes in the United States.

본 발명의 실시 예는 3차원 거리맵 기반의 표적탐지 분류 알고리즘 적용할 경우, 3차원 고속 영상처리 기술 적용 및 3차원 시공간필터 설계 및 표적탐지 기술을 확보할 수 있다.In an embodiment of the present invention, when a target detection classification algorithm based on a three-dimensional distance map is applied, a three-dimensional high-speed image processing technology application, a three-dimensional space-time filter design, and a target detection technology can be secured.

도 24는 3차원 공간/시간 필터를 나타낸 예시도이다.24 is an exemplary diagram illustrating a three-dimensional space/time filter.

도 24와 같이, 본 발명의 실시 예는 3차원 거리맵 기반의 표적탐지 분류 알고리즘 적용할 수 있다. 본 발명의 실시 예를 적용하면, 3차원 고속 영상처리 기술 적용 및 3차원 시공간필터 설계 및 표적탐지 기술 확보할 수 있다.24 , an embodiment of the present invention may apply a target detection and classification algorithm based on a three-dimensional distance map. By applying an embodiment of the present invention, it is possible to secure the application of 3D high-speed image processing technology, 3D spatiotemporal filter design and target detection technology.

Coherent FMCW LiDAR 기술은 미국/프랑스/이스라엘 등 선진국을 중심으로 활발하게 개발되고 있으며, 국내에서는 개발된 사례가 없었다. 본 발명의 실시 예는 Coherent FMCW LiDAR 시스템을 구현하기 위해, 구매 가능한 상용 레이저 모듈을 사용하되, 레이저 모듈의 특성을 측정하여 주파수 변조 레이저를 구현할 수 있다.Coherent FMCW LiDAR technology is being actively developed mainly in developed countries such as the US/France/Israel, and there was no case of development in Korea. In an embodiment of the present invention, a commercially available laser module is used to implement the Coherent FMCW LiDAR system, but a frequency-modulated laser can be implemented by measuring the characteristics of the laser module.

도 25는 Array 구조의 LiDAR System의 예시도이다.25 is an exemplary diagram of an Array-structured LiDAR System.

도 26은 스위치 구조의 LiDAR System의 예시도이다.26 is an exemplary diagram of a LiDAR System having a switch structure.

도 25의 Array 구조의 LiDAR System은 Array 구조 적용으로 탐지범위 360 도 커버 및 사용자 편의를 위해 스위치 적용으로 특정 공역을 탐지 가능하다.The LiDAR System of the Array structure of FIG. 25 can detect a specific airspace by applying a switch for 360-degree coverage and user convenience by applying the Array structure.

기본적인 LiDAR 시스템에 위협체를 고속으로 탐지하기 위한 스캐너인 Galvanometer 장착 및 Array 구조를 위한 Splitter tree/phase shifter 적용으로 탐지 범위 확장 가능하다.The detection range can be expanded by installing a galvanometer, a scanner for high-speed detection of threats in the basic LiDAR system, and applying a splitter tree/phase shifter for the array structure.

도 25의 Array 구조의 LiDAR System은 360도 탐지 가능하다. 도 26의 스위치 구조의 LiDAR System은 특정 공역 탐지가 가능하다.The LiDAR System of the Array structure of FIG. 25 can detect 360 degrees. The LiDAR System of the switch structure of FIG. 26 is capable of detecting a specific airspace.

미국 등의 선진국에서는 FMCW LiDAR 관련 핵심 구성품에 대해 엄격히 수출을 통제하고 있다. Coherent FMCW LiDAR의 핵심 구성품의 관련 기술을 내재화하여, 독자적으로 FMCW LiDAR 시스템을 구현할 수 있다. 3차원 거리맵 기반으로 소형 표적을 탐지하는 알고리즘을 구현 및 탐지성능 검증할 수 있다.Developed countries such as the United States strictly control the export of key components related to FMCW LiDAR. By internalizing the related technologies of the core components of Coherent FMCW LiDAR, it is possible to independently implement the FMCW LiDAR system. It is possible to implement an algorithm to detect a small target based on a three-dimensional distance map and verify the detection performance.

본 발명의 실시 예는 LiDAR 기반의 센서 적용으로 근거리/소형/정지 표적 탐지 가능성 확인 가능하다.In an embodiment of the present invention, it is possible to check the possibility of detecting a near/small/stationary target by applying a LiDAR-based sensor.

본 발명의 실시 예는 센서부 주요 구성품 요구규격 분석으로 고객 요구사항에 맞는 Customize 및 Product Family 구성 가능하다.In an embodiment of the present invention, it is possible to configure Customize and Product Family to meet customer requirements by analyzing the requirements of major components of the sensor unit.

본 발명의 실시 예는 타체계 연동으로 의심표적 탐지 1차 탐지 후 2차 센서로 활용 가능하다.An embodiment of the present invention can be utilized as a secondary sensor after primary detection of a suspicious target by interworking with other systems.

본 발명의 실시 예는 초기 미확인 표적 정보를 수신하여 표적 주위에 레이저를 조사하고, 수신된 반사파로부터 실시간 3차원 거리맵을 획득 및 표적 좌표 추출할 수 있다.An embodiment of the present invention may receive initial unidentified target information, irradiate a laser around the target, obtain a real-time three-dimensional distance map from the received reflected wave, and extract target coordinates.

본 발명의 효과는 하기 <표 3>와 같이 나타낼 수 있다.The effects of the present invention can be shown in <Table 3> below.

도 27은 타체계 연동 시스템 예시도이다.27 is an exemplary diagram of an interworking system with other systems.

도 27과 같이, 타체계 연동으로 작전 능력을 향상시킬 수 있다.As shown in Figure 27, it is possible to improve the operational capability by interworking with other systems.

도 27을 참조한 타체계 연동 과정은 다음과 같다.The process of interworking with other systems with reference to FIG. 27 is as follows.

① 의심표적 탐지(타체계 활용)① Detection of suspicious targets (using other systems)

② 의심표적 좌표 전달② Transfer of suspicious target coordinates

③ 해당 좌표로 LOS 이동③ Move LOS to the corresponding coordinates

④ 표적 데이터 획득④ Acquisition of target data

⑤ 영상 처리 및 표적 탐지⑤ Image processing and target detection

도 28은 자율주행차 LiDAR 시스템과 상용 FMCW LiDAR 시스템 예시도이다.28 is an exemplary diagram of an autonomous vehicle LiDAR system and a commercial FMCW LiDAR system.

본 발명의 실시 예는 민수용 자율주행차용 LiDAR로 Coherent FMCW LiDAR 기술로 활용할 수 있다. An embodiment of the present invention can be used as a LiDAR for civil autonomous vehicles and as a Coherent FMCW LiDAR technology.

본 발명의 실시 예는 무인기 레이저 요격체계 및 국지방호체계 등에 적용 가능하다.An embodiment of the present invention is applicable to an unmanned aerial vehicle laser intercept system and a local defense system.

본 발명의 실시 예는 미래형 방호체계 및 대테러 기술에 관한 기술 적용 가능하다.Embodiments of the present invention can be applied to technologies related to future protection systems and counter-terrorism technologies.

도 29는 수풀은폐표적탐지 LiDAR 예시도이다.29 is an exemplary diagram of a forest covert target detection LiDAR.

도 29와 같이, 수풀은폐표적탐지용 LiDAR, 군사용 자율주행차용 LiDAR 과제의 핵심기술로 제시할 수 있다.As shown in Fig. 29, it can be presented as a core technology of LiDAR for detecting targets concealed in bushes and LiDAR for military autonomous vehicles.

도 30은 드론 헌터 제품에 LiDAR 제품 적용 예시도이다.30 is a diagram illustrating application of LiDAR products to drone hunter products.

본 발명의 실시 예는 무인기 및 드론 요격을 위한 탐지 센서로 계승 발전 가능하다. 또한 본 발명의 실시 예는 Anti-UAV Defense 시스템 및 드론 헌터 Application으로 활용 가능하다.An embodiment of the present invention can be inherited and developed as a detection sensor for intercepting unmanned aerial vehicles and drones. In addition, an embodiment of the present invention can be utilized as an Anti-UAV Defense system and a drone hunter application.

도 31는 본 발명의 실시 예에 따른 소형 표적 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.31 is a flowchart illustrating a method for detecting a small target according to an embodiment of the present invention.

도 31을 참조하면, 소형 표적 검출 장치는 3101 단계에서 레이저 간섭계를 거쳐 레이저 검출기의 신호로부터 비트 주파수를 추출한다. Referring to FIG. 31 , the small target detection apparatus extracts a beat frequency from a signal of a laser detector through a laser interferometer in step 3101 .

소형 표적 검출 장치는 3103 단계에서 상기 추출된 비트 주파수를 통해 표적의 거리 및 속도를 계산한다.The small target detection apparatus calculates the distance and speed of the target through the extracted beat frequency in step 3103 .

소형 표적 검출 장치는 3105 단계에서 상기 계산된 거리 및 속도를 기반으로 하여 소형 표적의 위치를 확인한다.The small target detection device determines the location of the small target based on the calculated distance and speed in step 3105 .

소형 표적 검출 장치는 3107 단계에서 상기 확인된 표적의 위치를 기반으로 하여 3D 거리맵을 생성하고 디스플레이한다.The small target detection device generates and displays a 3D distance map based on the identified target position in step 3107 .

사용자는 3D 거리맵으로 표적을 확인하고, 원거리의 표적이더라도 바로 지휘통제할 수 있다.The user can check the target with the 3D distance map, and can immediately command and control the target even if it is a long-distance target.

본 발명의 실시 예는 Coherent(결맞음) 주파수 변조 방식을 이용하여 정지/저속/소형 표적의 무인기 탐지를 위한 LiDAR 시스템 설계 및 3D 좌표변환/영상 누적 전시로 3차원 거리맵을 제공하는 기술에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a technology for providing a three-dimensional distance map by designing a LiDAR system for unmanned aerial vehicle detection of stationary/low-speed/small targets using a coherent frequency modulation method and 3D coordinate conversion/image accumulation display. .

① Coherent FMCW LiDAR 시스템 설계① Coherent FMCW LiDAR system design

결맞음 레이저의 간섭현상에 의한 신호증폭 효과를 고려한 시스템System considering the signal amplification effect due to the interference phenomenon of coherent laser

설계 및 분석design and analysis

- Coherence Length/비선형성 등의 요구규격 분석으로 소형/경량화할 수 있다.- Small size/light weight can be achieved by analyzing required specifications such as coherence length/nonlinearity.

- 변조 및 그 구조가 단순하고, 저렴한 장점을 가질 수 있다.- Modulation and its structure may be simple, and may have advantages of low cost.

* Incoherent 방식은 소형/경량화에 제한적이다.* Incoherent method is limited to miniaturization/light weight reduction.

② 성능이 검증된 COTS 부품 적용으로 개발 비용 절감 효과 발생② Development cost reduction effect by applying COTS parts with proven performance

: 파장 1550 nm를 갖는 레이저, 구동부 및 신호처리기 개발 비용절감 : Reducing the cost of developing a laser, driver and signal processor with a wavelength of 1550 nm

- 주파수 선폭 100kHz 이하의 성능을 만족하는 상용 레이저 적용할 수 있다.- Commercial laser that satisfies the performance of frequency line width 100kHz or less can be applied.

- 레이저, 간섭계, 스캐너 및 신호처리기 구현으로 개발 비용 절감할 수 있다.- Development costs can be reduced by implementing lasers, interferometers, scanners and signal processors.

본 발명의 실시 예에 따른 표적 검출 장치는 스캐너 모듈, 주파수변조레이저, 3차원 신호 처리부 등을 포함할 수 있다. The target detection apparatus according to an embodiment of the present invention may include a scanner module, a frequency modulation laser, a three-dimensional signal processing unit, and the like.

스캐너 모듈은 상용 Galvanometer 스캐너를 이용한 고속 2차원 스캔 패턴을 생성한다.The scanner module generates high-speed two-dimensional scan patterns using commercial galvanometer scanners.

주파수변조레이저는 레이저 변조폭 2GHz 이상, 레이저 선폭 100kHz 이내 고성능 레이저모듈을 포함한다.The frequency modulation laser includes a high-performance laser module with a laser modulation width of 2GHz or more and a laser line width of 100kHz or less.

3차원 신호 처리부는 고속 3차원 거리맵 연산 및 영상 전시 구현한다.The 3D signal processing unit implements high-speed 3D distance map calculation and image display.

③ 레이저 간섭계로부터 얻은 신호로부터 레이저의 주파수를 연산하기③ Calculate the frequency of the laser from the signal obtained from the laser interferometer

위한 알고리즘 적용Algorithm application for

: 거리 해상도 10 cm 이하 만족: Satisfied with distance resolution of 10 cm or less

- Mach-Zehnder 간섭계를 이용 레이저 주파수 측정- Laser frequency measurement using Mach-Zehnder interferometer

- Pre-Distortion 수행결과를 DDS Signal Generator에 포팅0- Porting the results of Pre-Distortion to DDS Signal Generator 0

- 레이저 발진 주파수 선형화- Laser oscillation frequency linearization

(* 선형화 적용으로 위협체 표적에 대한 거리 해상도 10 cm 이하 만족)(* The distance resolution to the threat target is less than 10 cm by applying linearization)

④사용자 편의를 위한 2차원 및 3차원 거리맵 제공④Provide 2D and 3D street maps for user convenience

- 정지, 저속, 소형 표적 탐지 후 2차원/3차원 거리맵 정보 제공- Provides 2D/3D distance map information after detecting a stop, low speed, or small target

본 발명의 실시예는 전술한 각각의 방법 또는 각각의 기능을 수행할 수 있는 모듈 또는 장치로 구현될 수 있다. 이때, 상기 모듈은 소프트웨어 및/또는 하드웨어의 일구성으로 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법 또는 기능은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.Embodiments of the present invention may be implemented as a module or apparatus capable of performing each of the above-described methods or each function. In this case, the module may be implemented as one configuration of software and/or hardware. In addition, according to an embodiment of the present invention, the above-described method or function may be implemented as processor-readable code on a medium in which a program is recorded. Examples of the processor-readable medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc., and may be implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet). include

전술된 내용은 본 발명가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to the above-described contents can be modified and modified without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the technical idea, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims

소형 표적 검출 방법에 있어서,
주파수 변조 레이저를 발진 및 증폭하여 표적에 조사하는 과정;
상기 표적의 비트 주파수를 추출하는 과정;
상기 비트 주파수를 기반으로 하여 거리 및 속도를 확인하는 과정; 및
상기 확인된 거리 및 속도를 기반으로 하여 상기 표적의 위치를 확인하는 과정을 포함하며,
상기 표적에 조사하는 과정은,
상기 주파수 변조 레이저의 레이저 구동 전류와 레이저 발진 주파수 간의 비선형 관계를 미리 측정하는 과정;
상기 측정된 비선형 관계를 기반으로 상기 레이저 구동 전류와 상기 레이저 발진 주파수 간의 비선형 관계를 선형 관계로 변경하기 위해 상기 레이저 구동 전류를 의도적으로 왜곡하는 과정;
상기 왜곡된 레이저 구동 전류를 공급하여 상기 주파수 변조 레이저를 구동함으로써 선형적인 주파수 변조 레이저를 획득하는 과정; 및
상기 획득된 주파수 변조 레이저를 발진 및 증폭하여 상기 표적에 조사하는 과정을 포함하며,
상기 레이저 구동 전류를 의도적으로 왜곡하는 과정은, 상기 레이저 구동 전류를 최소 m번 이상 반복하여 왜곡하는 과정인 것을 특징으로 하며,
상기 m은 11인 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 구동 전류를 미리 왜곡하는 전-왜곡(Pre-Distortion) 알고리즘에 대한 수행 결과는 상기 표적에 대한 거리 해상도 측정 결과로 검증되는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 방법.
In the small target detection method,
The process of oscillating and amplifying a frequency-modulated laser to irradiate a target;
extracting a beat frequency of the target;
determining a distance and a speed based on the beat frequency; and
Based on the identified distance and speed, comprising the process of confirming the location of the target,
The process of irradiating the target,
measuring in advance a nonlinear relationship between a laser driving current of the frequency modulated laser and a laser oscillation frequency;
intentionally distorting the laser driving current to change the nonlinear relation between the laser driving current and the laser oscillation frequency into a linear relation based on the measured nonlinear relation;
obtaining a linear frequency modulated laser by driving the frequency modulated laser by supplying the distorted laser driving current; and
oscillating and amplifying the obtained frequency-modulated laser and irradiating the target to the target,
The process of intentionally distorting the laser driving current is characterized in that it is a process of repeatedly distorting the laser driving current at least m times,
Wherein m is characterized in that 11,
A small target detection method, characterized in that the result of performing a pre-distortion algorithm for pre-distorting the laser driving current is verified as a distance resolution measurement result for the target.

제1항에 있어서, 상기 비트 주파수는,
송신광 신호의 주파수를 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 파형으로 변조하는 동기(Coherent) 방식을 적용하고, 두 송신광 신호의 주파수의 간섭현상을 이용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 방법.
The method of claim 1, wherein the beat frequency is
A method for detecting a small target, characterized in that the coherent method of modulating the frequency of the transmit optical signal into a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) waveform is applied, and extraction is performed using the interference phenomenon of the frequencies of the two transmit light signals.

제2항에 있어서, 상기 비트 주파수는,
상기 송신광 신호의 주파수에서 수신광 신호의 주파수를 뺌으로써 결정되고,
상기 송신광 신호의 주파수는,
레이저 간섭계를 통해 송신한 신호를 나타내고,
상기 수신광 신호의 주파수는,
상기 레이저 간섭계를 통해 수신한 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 방법.
The method of claim 2, wherein the beat frequency is
It is determined by subtracting the frequency of the received light signal from the frequency of the transmitted light signal,
The frequency of the transmitted light signal is,
represents the signal transmitted through the laser interferometer,
The frequency of the received light signal is,
A small target detection method, characterized in that representing a signal received through the laser interferometer.

제1항에 있어서, 상기 표적의 위치를 확인하는 과정은,
상기 거리, 각도, 스캐너 정보, GPS 위치 정보를 기반으로 하여 상기 표적의 좌표를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 소형 표적 검출 방법.
According to claim 1, wherein the process of determining the location of the target,
and generating coordinates of the target based on the distance, angle, scanner information, and GPS location information.

제1항에 있어서,
3차원 거리 맵을 기반으로 하여 상기 표적의 좌표를 생성하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소형 표적 검출 방법.
According to claim 1,
The method for detecting a small target, characterized in that it further comprises the step of generating the coordinates of the target based on the three-dimensional distance map.

소형 표적 검출 장치에 있어서,
주파수 변조 레이저를 발진 및 증폭하여 표적에 조사하고, 상기 표적의 비트 주파수를 추출하는 센서부;
상기 비트 주파수를 기반으로 하여 거리 및 속도를 확인하는 신호처리부; 및
확인된 거리 및 속도를 기반으로 하여 상기 표적의 위치를 확인하는 구동부를 포함하며,
상기 센서부는, 상기 주파수 변조 레이저의 레이저 구동 전류와 레이저 발진 주파수 간의 비선형 관계를 미리 측정하며, 상기 측정된 비선형 관계를 기반으로 상기 레이저 구동 전류와 상기 레이저 발진 주파수 간의 비선형 관계를 선형 관계로 변경하기 위해 상기 레이저 구동 전류를 의도적으로 왜곡하며, 상기 왜곡된 레이저 구동 전류를 공급하여 상기 주파수 변조 레이저를 구동함으로써 선형적인 주파수 변조 레이저를 획득하고, 상기 획득된 주파수 변조 레이저를 발진 및 증폭하여 상기 표적에 조사하는 것을 특징으로 하며,
상기 센서부는, 상기 레이저 구동 전류를 최소 m번 이상 반복하여 왜곡하는 과정인 것을 특징으로 하며,
상기 m은 11인 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 구동 전류를 미리 왜곡하는 전-왜곡(Pre-Distortion) 알고리즘에 대한 수행 결과는 상기 표적에 대한 거리 해상도 측정 결과로 검증되는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 장치.
A small target detection device comprising:
a sensor unit that oscillates and amplifies a frequency-modulated laser to irradiate a target, and extracts a beat frequency of the target;
a signal processing unit for checking a distance and a speed based on the beat frequency; and
Based on the identified distance and speed, it includes a driving unit for confirming the position of the target,
The sensor unit pre-measures a non-linear relationship between the laser driving current and the laser oscillation frequency of the frequency-modulated laser, and changes the non-linear relationship between the laser driving current and the laser oscillation frequency into a linear relationship based on the measured non-linear relationship In order to obtain a linear frequency modulated laser by intentionally distorting the laser driving current to drive the frequency modulated laser by supplying the distorted laser driving current, oscillating and amplifying the obtained frequency modulated laser to the target It is characterized by investigating
The sensor unit is characterized in that it is a process of repeatedly distorting the laser driving current at least m times,
Wherein m is characterized in that 11,
A small target detection apparatus, characterized in that the result of performing a pre-distortion algorithm for pre-distorting the laser driving current is verified as a distance resolution measurement result for the target.

제6항에 있어서, 상기 비트 주파수는,
송신 레이저의 주파수를 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 파형으로 변조하는 동기(Coherent) 방식을 적용하고, 두 송신 레이저 주파수의 간섭현상을 이용하여 추출하는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 장치.
The method of claim 6, wherein the beat frequency is
A small target detection device, characterized in that it applies a coherent method of modulating the frequency of a transmission laser into a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) waveform, and extracts it using an interference phenomenon of two transmission laser frequencies.

제6항에 있어서, 상기 비트 주파수는,
송신광 신호의 주파수에서 수신광 신호의 주파수를 뺌으로써 결정되고,
상기 송신광 신호의 주파수는,
레이저 간섭계를 통해 송신한 신호를 나타내고,
상기 수신광 신호의 주파수는,
상기 레이저 간섭계를 통해 수신한 신호를 나타내는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 장치.
The method of claim 6, wherein the beat frequency is
It is determined by subtracting the frequency of the received light signal from the frequency of the transmitted light signal,
The frequency of the transmitted light signal is,
represents the signal transmitted through the laser interferometer,
The frequency of the received light signal is,
A small target detection device, characterized in that it represents a signal received through the laser interferometer.

제6항에 있어서, 상기 구동부는,
상기 거리, 각도, 스캐너 정보, GPS 위치 정보를 기반으로 하여 상기 표적의 좌표를 생성하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 소형 표적 검출 장치.
The method of claim 6, wherein the driving unit,
and generating coordinates of the target based on the distance, angle, scanner information, and GPS location information.

제6항에 있어서, 상기 구동부는,
3차원 거리 맵을 기반으로 하여 상기 표적의 좌표를 생성하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 소형 표적 검출 장치.The method of claim 6, wherein the driving unit,
The compact target detection apparatus according to claim 1, further configured to generate the coordinates of the target based on the three-dimensional distance map.