KR102312939B1 - 다중 표적 탐지 장치 및 방법 - Google Patents

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윤재혁
유승오
양재원
이동주
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 스FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 방법으로, 연속파 및 상기 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 송신하는 단계; 상기 제1 변조파 및 상기 제2 변조파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 단계; 상기 연속파가 상기 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신하는 단계; 상기 복수의 반사 연속파, 상기 복수의 제1 반사 변조파 및 상기 복수의 제2 반사 변조파에 포함된 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득하는 단계; 및 상기 복수의 표적 정보 각각의 거리값을 계산하고, 상기 거리값을 이용하여 상기 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 추출하는 단계를 포함한다.

Description

다중 표적 탐지 장치 및 방법 { Multi-Target Detection Apparatus and Method }
본 발명은 FMCW를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 다중 표적 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.
무기체계 분야에서는 레이더를 이용하여 표적에 대한 시공간 위치 정보를 측정해 표적을 추적한다.
이때, 자탄이 분리되는 방식의 미사일의 경우 분리된 자탄들을 동시에 계측할 수 있는 능력이 필요하다.
다중 표적을 탐지하는 기술은 종래에도 꾸준히 연구되는 분야로서 기울기가 서로 다른 주파수 변조파(FMCW, Frequency Modulation Continuous Waveform)와 연속파(CW, Continuous Waveform)을 혼합하여 사용한다.
반사된 변조파는 표적의 속도 및 거리 정보를 가지고 있고, 반사된 연속파는 표적의 속도 정보만을 가지고 있다. 그러므로 두 가지 신호를 혼합하여 거리 정보와 속도 정보를 분리할 수 있다.
표적으로부터 반사된 변조파를 통해 계측된 주파수 크기값(fup)을 거리, 속도에 관한 수식으로 정리하면 [수학식 1]과 같다.
[수학식 1]
Figure 112020039910907-pat00001
여기서, v는 속도, B는 변조파의 대역폭, T는 변조파의 주기, c는 빛의 속도, R은 표적까지의 거리, f0는 중심 주파수, fup은 반사된 변조파의 피크(peak) 주파수이다.
그리고, 표적으로부터 반사된 연속파를 통해 계측된 주파수 크기값(fd)을 속도에 관하여 정리하면 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
Figure 112020039910907-pat00002
복수의 표적에 대한 거리 및 속도값을 구하기 위해선 표적에 반사된 변조파 및 반사된 연속파를 그래프로 나타내고, 반사된 변조파 및 반사된 연속파의 속도값을 비교하여 그래프가 일치하는 점을 찾는 과정이 필요하다.
비교하는 과정은 상당한 연산이 필요하며 자탄이 분리되는 미사일의 경우 최대 거리는 대략적으로 알 수 있지만, 최대 속도는 예측하기가 어렵기 때문에 비교하는 과정은 최대 거리(Rmax)를 거리 해상도(Rresolution)로 나눈 Z만큼 반복 수행되어야 한다.
비교하는 과정에서의 연산량은 표적의 개수(X), 혼합하는 파형의 종류 수(Y), 표적 당 처리된 샘플 개수(Z, 최대 거리/거리해상도)를 이용하여 나타낼 수 있는데, 이때 연산량은 X*(Y-1)*Z가 된다. 이러한 연산을 PRF(Pulse Repetite Frequency) 내에 처리하기에는 연산속도에 한계가 있다.
따라서, PRF 내에 처리할 수 있도록 연산량을 줄이는 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은 복수의 반사 연속파를 기준으로 복수의 표적 정보에 대한 연산을 수행하는 다중 표적 탐지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 다중 표적 탐지 장치는, FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 장치로, 연속파 및 상기 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 소정 간격으로 송신하는 송신부; 상기 제1 변조파 및 상기 제2 변조파가 복수의 타겟에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파와 복수의 제2 반사 변조파 및 상기 연속파가 이동하는 상기 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신하는 수신부; 및 상기 복수의 제1 반사 변조파, 상기 복수의 제2 반사 변조파 및 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득하고, 상기 복수의 정보를 이용하여 상기 복수의 표적 정보 각각에 대한 거리값을 계산하며, 상기 거리값과 상기 거리값을 뺀 값이 최소인 상기 표적 정보를 추출하여 상기 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 인지하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 상기 실제 표적 정보의 이동을 추적할 수 있다.
한편, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 다른 하나의 특징에 따른 다중 표적 탐지 방법은, FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 방법으로, 연속파 및 상기 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 송신하는 단계; 상기 제1 변조파 및 상기 제2 변조파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 단계; 상기 연속파가 상기 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신하는 단계; 상기 복수의 반사 연속파, 상기 복수의 제1 반사 변조파 및 상기 복수의 제2 반사 변조파에 포함된 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득하는 단계; 및 상기 복수의 표적 정보 각각의 거리값을 계산하고, 상기 거리값을 이용하여 상기 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 인지하는 단계를 포함한다.
상기 제1 변조파와 제2 변조파를 송신하는 단계는, 제1 송신 기간 동안 상기 제1 변조파를 송신하는 단계; 상기 제1 송신 기간 이후에 제2 송신 기간 동안 상기 제2 변조파를 송신하는 단계; 및 상기 제1 송신 기간 및 상기 제2 송신 기간을 더한 기간 동안 상기 연속파를 송신하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 단계는, 상기 복수의 제1 반사 변조파의 주파수 대역폭 및 크기를 측정하는 단계; 및 상기 복수의 제2 반사 변조파의 주파수 대역폭 및 크기를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 반사 연속파를 수신하는 단계는, 제1 수신 기간에 수신된 복수의 제1 반사 연속파의 주파수 크기를 측정하는 단계; 제2 수신 기간에 수신된 복수의 제2 반사 연속파의 주파수 크기를 측정하는 단계; 상기 복수의 제1 반사 연속파와 상기 복수의 제2 반사 연속파 중 동일한 상기 물체에 반사된 반사 연속파끼리 매칭하는 단계; 및 상기 복수의 표적의 운동 형태를 파악하는 단계를 포함하고,
상기 제1 수신 기간은, 상기 복수의 제1 반사 변조파를 수신하는 기간이며, 상기 제2 수신 기간은, 상기 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 기간일 수 있다.
또한, 상기 반사 연속파끼리 매칭하는 단계는, 제1 반사 연속파의 주파수 크기를 기준으로 기설정된 크기 변화 범위 내에 존재하는 제2 반사 연속파와 매칭할 수 있다.
상기 복수의 표적 정보를 획득하는 단계는, 상기 복수의 제1 반사 변조파 및 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 복수의 제1 표적 정보를 획득하는 단계; 및 상기 복수의 제2 반사 변조파 및 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 복수의 제2 표적 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실제 표적 정보를 인지하는 단계는, 상기 복수의 제1 표적 정보 각각에 대한 복수의 제1 거리값을 계산하는 단계; 상기 복수의 제2 표적 정보 각각에 대한 복수의 제2 거리값을 계산하는 단계; 동일한 상기 반사 연속파를 이용하여 계산된 상기 복수의 제1 거리값과 상기 복수의 제2 거리값의 차이를 계산하는 단계; 및 차이가 최소인 상기 제1 거리값과 상기 제2 거리값에 대응되는 상기 제1 표적 정보와 상기 제2 표적 정보를 매칭하여 실제 표적 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 거리값은, 수학식 3을 이용하여 계산되고,
[수학식 3]
Figure 112020039910907-pat00003
상기 R은 상기 거리값을 나타내고, 상기 B는 반사 변조파의 대역폭을 나타내며, 상기 c는 빛의 속도를 나타내고, 상기 T는 반사 변조파의 주기를 나타내며, 상기 fup은 변조파와 반사 변조파의 주파수 크기 차이를 나타내고, 상기 fdop는 연속파와 반사 연속파의 주파수 차이를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 복수의 실제 표적 정보 각각에 대한 상기 반사 연속파를 이용하여 상기 복수의 실제 표적 정보의 이동을 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 표적 탐지 장치 및 방법에 따르면,
첫째, 복수의 반사 연속파를 기준으로 복수의 표적 정보에 대한 연산을 수행하여 연산량을 줄일 수 있다.
둘째, 제1 수신 기간과 제2 수신 기간에 수신된 반사 연속파를 매칭하여 표적의 운동 형태를 파악할 수 있다.
셋째, 제1 수신 기간과 제2 수신 기간의 반사 연속파를 매칭하는 과정으로 실제 표적 정보의 이동을 추적할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 표적 탐지 장치를 대략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 표적 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시된 연속파, 제1 변조파 및 제2 변조파를 송신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 연속파, 제1 변조파 및 제2 변조파를 송신하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 도 2에 도시된 반사 연속파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 7에 도시된 반사 연속파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 도 2에 도시된 복수의 표적 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시된 복수의 표적 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 도 2에 도시된 실제 표적 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12 및 도 13은 도 11에 도시된 실제 표적 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 2에 도시된 실제 표적 정보 이동을 추적하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 표적 탐지 장치를 대략적으로 나타낸 개념도이다.
본 발명의 다중 표적 탐지 장치(100)는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 장치로, 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
송신부(110)는 연속파 및 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 소정 간격으로 송신한다.
수신부(120)는 제1 변조파 및 제2 변조파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파와 복수의 제2 반사 변조파 및 연속파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신한다.
제어부(130)는 복수의 제1 반사 변조파, 복수의 제2 반사 변조파 및 복수의 반사 연속파에 포함된 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득하고, 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 표적 정보 각각에 대한 거리값을 계산하며, 거리값과 거리값을 뺀 값이 최소인 표적 정보를 추출하여 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 인지한다.
그리고, 제어부(130)는 복수의 반사 연속파를 이용하여 실제 표적 정보의 이동을 추적한다.
여기서, 반사 변조파에는 표적에 대한 속도 및 거리 정보를 포함하고, 반사 연속파에는 표적에 대한 속도 정보를 포함한다.
또한, 고유 정보는 주파수 크기 및 주파수 대역폭과 같은 신호가 가지는 정보일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 표적 탐지 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다중 표적 탐지 방법은, FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 방법으로,
송신부(110)가 연속파 및 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 소정 간격으로 송신한다(단계 S110).
수신부(120)는 제1 변조파 및 제2 변조파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신한다(단계 S120).
수신부(120)는 연속파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신한다(단계 S130).
제어부(130)는 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파에 포함된 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득한다(단계 S140).
그리고, 복수의 표적 정보 각각의 거리값을 계산하고, 거리값을 이용하여 상기 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 인지한다(단계 S150).
이후, 복수의 반사 연속파를 이용하여 실제 표적 정보의 이동을 추적한다(단계 S160).
여기서, 반사 변조파는 표적에 대한 속도 및 거리 정보를 포함하고, 반사 연속파는 표적에 대한 속도 정보를 포함한다.
도 3은 도 2에 도시된 연속파, 제1 변조파 및 제2 변조파를 송신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 도 3에 도시된 연속파, 제1 변조파 및 제2 변조파를 송신하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 제1 변조파와 제2 변조파를 송신하는 과정(단계 S110)에 대해서 설명한다.
도 4에 도시된 것처럼, 송신부(110)는 제1 송신 기간(P1) 동안 상기 제1 변조파(tx1)를 송신하고(단계 S111), 제1 송신 기간(P1) 이후에 제2 송신 기간(P2) 동안 제2 변조파(tx2)를 송신한다(단계 S112).
그리고, 송신부(110)는 제1 송신 기간(P1) 및 제2 송신 기간(P2)을 더한 기간 동안 연속파(CW)를 송신한다(단계 S113).
여기서, 단계 S111 내지 단계 S113은 동시에 수행될 수 있고, 제1 송신 기간(P1)과 제2 송신 기간(P2)을 더한 기간이 한 주기(T)로 설정될 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시된 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1, 도 5 및 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 과정(단계 S120)에 대해서 설명한다.
수신부(120)는 제1 수신 기간(S1)에 제1 변조파(tx1)가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파(rx1_t1, rx1_t2)를 수신하고, 제어부(130)가 복수의 제1 반사 변조파(rx1_t1, rx1_t2)의 주파수 대역폭 및 크기를 측정한다(단계 S121).
또한, 단계 S121에서 제어부(130)는 제1 변조파(tx1)와 복수의 제1 반사 변조파(rx1_t1, rx1_t2)의 주파수 크기의 차이인 제1 업비트값(fup1_t1, fup1_t2)을 계산한다.
그리고, 수신부(120)는 제2 수신 기간(S2)에 제2 변조파(tx2)가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제2 반사 변조파(rx2_t1, rx2_t2)를 수신하고, 제어부(130)가 복수의 제2 반사 변조파(rx2_t1, rx2_t2)의 주파수 대역폭 및 크기를 측정한다(단계 S122).
마찬가지로, 단계 S122에서 제어부(130)는 제2 변조파(tx2)와 복수의 제2 반사 변조파(rx2_t1, rx2_t2)의 주파수 크기의 차이인 제2 업비트값(fup2_t1, fup2_t2)을 계산한다.
여기서, 제1 업비트값(fup1_t1, fup1_t2) 및 제2 업비트값(fup2_t1, fup2_t2)은 단계S150에서 표적에 대한 거리값을 계산하는데 이용된다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하여 이동하는 복수의 표적이 두 개인 경우로 실시예를 들고, 설명의 편의를 위해 두 개의 표적을 제1 표적 및 제2 표적으로 구분하여 설명한다.
수신부(120)는 제1 수신 기간(S1)에 제1 표적에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t1) 및 제2 타겟에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t2)를 수신한다.
이때, 제어부(130)는 제1 표적에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t1) 및 제2 타겟에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t2)의 주파수 대여폭 및 주파수 크기를 측정한다.
그리고, 제어부(130)는 제1 변조파(rx1)와 제1 표적에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t1) 및 제2 표적에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t2)의 크기 차이인 제1-1 업비트값(fup1_t1)과 제1-2 업비트값(fup1_t2)를 계산한다.
또한, 수신부(120)는 제2 수신 기간(S2)에 제1 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t1) 및 제2 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t2)를 수신한다.
그리고, 제어부(130)는 제1 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t1) 및 제2 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t2)의 주파수 대역폭 및 주파수 크기를 측정한다.
이후, 제어부(130)는 제2 변조파(rx2)와 제1 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t1) 및 제2 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t2)의 크기 차이인 제2-1 업비트값(fup2_t1)과 제2-2 업비트값(fup2_t2)를 계산한다.
여기서, 제1 수신 기간(S1)은 제1 송신 기간(P1)에 송신된 제1 변조파(tx1)가 제1 표적 및 제2 표적에 반사되어 돌아온 두 개의 제1 반사 변조파(rx1_t1, rx1_t2)가 수신되는 기간이고, 제2 수신 기간(S2)은 제2 송신 기간(P2)에 송신된 제2 변조파(tx2)가 제1 표적 및 제2 표적에 반사되어 돌아온 두 개의 제2 반사 변조파(rx2_t1, rx2_t2)가 수신되는 기간이다.
그리고, 반사 변조파에는 제1 표적 및 제2 표적에 대한 속도 및 거리 정보가 포함되어 있다. 따라서 수신된 반사 변조파에는 표적이 등속 운동으로 이동하는지 변속 운동으로 이동하는지에 대한 정보가 포함되어 있다.
제1 표적 및 제2 표적이 등속 운동을 하는 경우, 도 6b에 도시된 것처럼 제1 업비트값(fup1_t1, fup1_t2)과 제2 업비트값(fup2_t1, fup2_t2)은 기울기가 0인 직선으로 나타나, 동일한 값을 유지한다.
반면, 제1 표적 및 제2 표적이 변속 운동을 하는 경우, 도 6c에 도시된 것처럼 제1 업비트값(fup1_t1, fup1_t2)과 제2 업비트값(fup2_t1, fup2_t2)은 기울기를 가지는 직선으로 나타나, 시간의 흐름에 따라 변화하는 값을 가진게 된다.
.
도 7은 도 2에 도시된 반사 연속파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다고, 도 8a 내지 도 8d는 도 7에 도시된 반사 연속파를 수신하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1, 도 7 및 도 8a 내지 도 8d을 참조하여 복수의 반사 연속파를 수신하는 과정(단계 S130)에 대하여 설명한다.
수신부(120)는 제1 수신 기간(S1)에 연속파(CW)가 제1 표적 및 제2 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 연속파(rw1_s1, rw2_s1)를 수신하고, 제어부(130)는 제1 반사 연속파(rw1_s1, rw2_s1)의 주파수 크기를 측정한다(단계 S131).
여기서, 제어부(130)는 연속파(CW)와 복수의 제1 반사 연속파(rw1_s1, rw2_s1)의 주파수 크기 차이인 복수의 제1 도플러값(fdop1_t1, fdop1_t2)을 계산한다.
또한, 수신부(120)는 제2 수신 기간(S2)에 연속파(CW)가 제1 표적 및 제2 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제2 반사 연속파(rw1_s2, rw2_s2)를 수신하고, 제어부(130)는 복수의 제2 반사 연속파(rw1_s2, rw2_s2)의 주파수 크기를 측정한다(단계 S132).
그리고, 제어부(130)는 연속파(CW)와 복수의 제2 반사 연속파(rw1_s2, rw2_s2)의 주파수 크기 차이인 복수의 제2 도플러값(fdop2_s1, fdop2_s2)을 계산한다.
여기서, 복수의 제1 도플러값(fdop1_t1, fdop1_t2) 및 복수의 제2 도플러값(fdop2_s1, fdop2_s2)은 단계 S150에서 표적에 대한 거리값을 계산하는데 이용된다.
또한, 제어부(130)는 복수의 제1 반사 연속파(rw1_s1, rw2_s1)와 복수의 제2 반사 연속파(rw1_s2, rw2_s2) 중 동일한 표적에 반사된 반사 연속파끼리 매칭하고(단계 S133), 복수의 표적이 나타내는 운동 형태를 파악한다(단계 S134). 여기서, 운동 형태는 등속 운동 또는 변속 운동 중 어느 하나일 수 있다.
단계 S133에서 동일한 표적에 반사된 반사 연속파끼리의 매칭은, 제1 반사 연속파(rw1_s1, rw2_s1)의 주파수 크기를 기준으로 기설정된 크기 변화 범위 내에 존재하는 제2 반사 연속파(rw1_s2, rw2_s2)와 매칭한다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하여, 도 6에 대한 실시예를 이어서 설명한다.
수신부(120)가 제1 수신 기간(S1)에 제1 표적에 대한 제1 반사 연속파(rw1_s1)와 제2 표적에 대한 제1 반사 연속파(rw2_s1)를 수신하고, 제2 수신 기간(S2)에 제1 표적에 대한 제2 반사 연속파(rw1_s2)와 제2 표적에 대한 제2 반사 연속파(rw2_s2)를 수신한다.
그리고, 제1 표적에 대한 제1 반사 연속파(rw1_s1)와 제1 표적에 대한 제2 반사 연속파(rw1_s2)를 매칭하여 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1)로 인지하고,
제2 표적에 대한 제1 반사 연속파(rw2_s1)와 제2 표적에 대한 제2 반사 연속파(rw2_s2)를 매칭하여 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)로 인지한다.
이후, 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1) 및 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)를 이용하여 제1 표적 및 제2 표적의 운동 형태를 파악한다.
여기서, 운동 형태는 등속 운동 및 변속 운동, 두 가지로 분류할 수 있다. 그리고, 반사 연속파의 크기는 표적의 속도로 변환하여 나타낼 수 있다.
도 8a는 제1 표적 및 제2 표적이 등속 운동을 할 때의 제1 반사 연속파 및 제2 반사 연속파를 주파수 크기-시간 그래프로 나타낸 것이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 제1 반사 연속파 및 제2 반사 연속파를 속도-시간 그래프로 나타낸 것이다.
도 8a를 참조하면, 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1)는 제1 반사 연속파(rw1_s1)와 제2 반사 연속파(rw1_s2)의 주파수의 크기가 같은데, 도 8b에 도시된 것처럼 이를 속도-시간 그래프로 변환하면, 제1 표적의 속도가 일정하게 유지되므로 제1 표적이 등속 운동을 하는 것으로 파악할 수 있다. 그리고, 이는 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)에도 동일하게 적용된다.
도 8c는 제1 표적 및 제2 표적이 변속 운동을 할 때의 제1 반사 연속파 및 제2 반사 연속파를 주파수 크기-시간 그래프로 나타낸 것이고, 도 8d는 도 8c에 도시된 제1 반사 연속파 및 제2 반사 연속파를 속도-시간 그래프로 나타낸 것이다.
도 8c를 참조하면, 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1)는 제1 반사 연속파(rw1_s1)와 제2 반사 연속파(rw1_s2)의 주파수의 크기가 다르게 측정되었다. 도 8d에 나타난 것처럼 이를 속도-시간 그래프로 변환하면, 제1 표적의 속도가 변화하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 제1 표적이 변속 운동을 하는 것으로 파악할 수 있다. 그리고, 이는 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)에도 동일하게 적용된다.
도 9는 도 2에 도시된 복수의 표적 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 10a 및 도 10b는 도 9에 도시된 복수의 표적 정보를 획득하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1, 도 9, 도 10a 및 도 10b를 참조하여 복수의 표적 정보를 획득하는 과정(단계 S140)에 대하여 설명한다.
제어부(130)는 복수의 제1 반사 변조파(rx1_t1, rx1_t2)와 복수의 반사 연속파(rw1, rw2)에 포함된 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 제1 표적 정보(11, 12, 13, 14)를 획득한다(단계 S141).
또한, 제어부(130)는 복수의 제2 반사 변조파(rx2_t1, rx2_t2)와 복수의 반사 연속파(rw1, rw2)에 포함를 이용하여 복수의 제2 표적 정보(21, 22, 23, 24)를 획득한다(단계 S142).
도 10a 및 도 10b를 참조하여, 도 8a 내지 도 8d에 대한 실시예를 이어서 설명한다.
도 10a는 제1 반사 변조파(rx1_t1, rx1_t2)와 제1 반사 연속파(rw1) 및 제2 반사 연속파(rw2)를 속도-거리 그래프로 나타낸 것이다.
도 10a에서 네 개의 제1 표적 정보(11, 12, 13, 14)를 획득할 수 있는데, 이는 제1 표적에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t1), 제2 표적에 대한 제1 반사 변조파(rx1_t2), 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1) 및 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2) 사이의 교차점으로 획득할 수 있다.
도 10b에서도 마찬가지로, 네 개의 제2 표적 정보(21, 22, 23, 24)를 획득할 수 있다. 이는 제1 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t1), 제2 표적에 대한 제2 반사 변조파(rx2_t2), 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1) 및 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2) 사이의 교차점으로 획득할 수 있다.
도 11은 도 2에 도시된 실제 표적 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 12 및 도 13은 도 11에 도시된 실제 표적 정보를 추출하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1, 도 11, 도 12 및 도 13을 참조하여 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 인지하는 과정(단계 S150)에 대하여 설명한다.
제어부(130)는 복수의 제1 표적 정보(11, 12, 13, 14) 각각에 대한 복수의 제1 거리값을 계산한다(단계 S151).
또한, 제어부(130)는 복수의 제2 표적 정보(21, 22, 23, 24) 각각에 대한 복수의 제2 거리값을 계산한다(단계 S152).
단계 S151 및 단계 S152에서 거리값은 수학식 3을 이용하여 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112020039910907-pat00004
여기서, R은 거리값을 나타내고, B는 반사 변조파의 대역폭을 나타내며, c는 빛의 속도를 나타내고, T는 반사 변조파의 주기를 나타내며, fup은 변조파와 반사 변조파의 주파수 크기 차이를 나타내고, fdop는 연속파와 반사 연속파의 주파수 크기 차이를 나타낸다.
여기서, fup값은 제1 업비트값(fup1_t1, fup1_t2)과 제2 업비트값(fup2_t1, fup2_t2) 중 어느 하나의 값이 대입된다.
그리고, fdop값은 제1 표적 및 제2 표적이 등속 운동을 하는 경우, 제1 도플러값(fdop1_s1, fdop1_s2) 중 어느 하나와, 제2 도플러값(fdop2_s1, fdop2_s2) 중 어느 하나의 값이 이용된다.
반면, 제1 표적 및 제2 표적이 변속 운동을 하는 경우, 제1 도플러값(fdop1_s1, fdop1_s2)과 제2 도플러값(fdop2_s1, fdop2_s2)이 모두 이용된다.
그리고, 제어부(130)는 동일한 반사 연속파를 이용하여 계산된 복수의 제1 거리값과 복수의 제2 거리값의 차이를 계산하고(단계 S153), 차이가 최소인 제1 거리값과 제2 거리값에 대응되는 제1 표적 정보와 제2 표적 정보를 매칭하여 실제 표적 정보를 추출한다(단계 S154).
도 12 및 도 13을 참조하여, 도 10a 및 도 10b에 대한 실시예를 이어서 설명한다.
도 12 는 복수의 제1 표적 정보(11, 12, 13, 14) 및 복수의 제2 표적 정보(21, 22, 23, 24) 각각의 거리값을 계산하고, 차이가 최소인 표적 정보를 나타낸다.
제1 표적 정보(11, 12, 13, 14)는 제1-1 표적(11), 제1-2 표적(12), 제1-3 표적(13) 및 제1-4 표적(14)로 구분할 수 있고, 제2 표적 정보(21, 22, 23, 24)는 제2-1 표적(21), 제2-2 표적(22), 제2-3 표적(23) 및 제2-4 표적(24)로 구분할 수 있다.
도 12의 R 값은 순서대로 제1-1 표적(11), 제1-2 표적(12), 제2-1 표적(21), 제2-2 표적(22), 제1-3 표적(13), 제1-4 표적(14), 제2-3 표적(23) 및 제2-4 표적(24)의 거리값을 나타낸다.
그리고, 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1)를 이용하여 계산된 제1-1 표적(11), 제1-2 표적(12), 제2-1 표적(21), 제2-2 표적(22)의 거리값 간의 차이를 계산하고, 거리값이 최소인 표적들을 파악한다.
도 12에서 제1-1 표적(11)과 제2-1 표적(21)의 거리값 사이의 차이가 0으로 나타났으므로, 제1-1 표적(11)과 제2-1 표적(21)은 같은 표적을 나타내고, 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1)를 이용하였으므로, 이를 제1 표적에 대한 표적 정보로 추출할 수 있다.
또한, 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)를 이용하여 계산된 제1-3 표적(13), 제1-4 표적(14), 제2-3 표적(23), 제2-4 표적(24)의 거리값 사이의 차이를 계산하고, 거리값이 최소인 표적들을 파악한다.
도 12에서 제1-4 표적(14)과 제2-4 표적(24)의 거리값 사이의 차이가 0으로 나타났으므로, 제1-4 표적(14)과 제2-4 표적(24)은 같은 표적을 나타내고, 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)를 이용하였으므로, 이를 제2 표적에 대한 표적 정보로 추출할 수 있다.
도 13에 도시된 것처럼 제1 표적 정보(11, 12, 13, 14)와 제2 표적 정보(21, 22, 23, 24) 중 실제 표적 정보(31, 32)를 추출할 수 있다.
실제 표적 정보(31, 32)는 제1 표적에 대한 반사 연속파(rw1)에 의해 추출된 제1 표적 정보(31)와 제2 표적에 대한 반사 연속파(rw2)에 의해 추출된 제2 표적 정보(32)로 분류된다.
여기서, 도 12는 제1 표적 및 제2 표적이 등속 운동을 하는 경우에 대한 실시예이다.
추가적으로, 도 12를 참조하여 제1 표적(target#1)이 변속 운동을 하는 경우에 대해 예를 들어 설명하면, 제1 표적(target#1)이 변속 운동을 하는 경우, 도 12에서 제1 표적(target#1)에 대한 fdop값이 제1 수신 기간(S1)과 제2 수신 기간(S2)에 따라 다르게 측정되므로 두 개(fdop1_s1, fdop1_s2)로 나타날 수 있다.
그러면, 제1-1 표적(11) 및 제1-2 표적(12)과 제2-1 표적(21) 및 제2-2 표적(22)이 다른 fdop값을 사용하여 거리값이 계산되고, 이후 과정은 등속 운동을 하는 경우와 동일하게 거리값의 차이가 최소인 표적을 통해 실제 표적 정보를 추출할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 도 2에 도시된 실제 표적 정보 이동을 추적하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1 및 도 14a 내지 도 14b를 참조하여 실제 표적 정보의 이동을 추적하는 과정(단계 S160)에 대해서 설명한다.
단계 S150에서 복수의 실제 표적 정보를 추출하면, 복수의 실제 표적 정보(31, 32) 각각에 대한 반사 연속파의 정보를 알고 있으므로, 이를 이용하여 이동을 추적한다.
단계 S133에서 동일한 표적에 반사된 반사 연속파끼리의 매칭하는 과정을 반복적으로 수행하여 등속 또는 변속 운동을 하는 실제 표적 정보의 이동을 추적한다.
도 14a는 단계 S160을 수행하지 않은 경우의 실제 표적 정보를 나타낸 것이고, 도 14b는 단계 S160을 수행한 경우의 실제 표적 정보를 나타낸 것이다.
도 14a에 도시된 것처럼 단계 S160을 수행하지 않은 경우 복수의 표적 정보(40) 중 같은 표적 정보(40)끼리 매칭되지 못한 표적 정보(40)가 매칭된 표적 정보(40)보다 많은 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 14b를 참조하면, 단계 S160을 수행한 경우 측정된 복수의 표적 정보(40) 중 같은 표적 정보(40)끼리 매칭되지 못한 표적 정보(40)보다 매칭된 표적 정보(40)가 많은 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110...송신부 120...수신부
130...제어부

Claims (10)

  1. FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 장치로,
    연속파 및 상기 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 소정 간격으로 송신하는 송신부;
    상기 제1 변조파 및 상기 제2 변조파가 복수의 타겟에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파와 복수의 제2 반사 변조파 및 상기 연속파가 이동하는 상기 복수의 타겟에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신하는 수신부; 및
    상기 복수의 제1 반사 변조파, 상기 복수의 제2 반사 변조파 및 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득하고, 상기 복수의 정보를 이용하여 상기 복수의 표적 정보 각각에 대한 거리값을 계산하며, 상기 거리값과 상기 거리값을 뺀 값이 최소인 상기 표적 정보를 추출하여 상기 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 인지하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 수신부에 의해 제1 수신 기간에 수신된 복수의 제1 반사 연속파의 주파수 크기를 측정하고,
    상기 수신부에 의해 제2 수신 기간에 수신된 복수의 제2 반사 연속파의 주파수 크기를 측정하고,
    상기 복수의 제1 반사 연속파와 상기 복수의 제2 반사 연속파 중 상기 복수의 표적 중 동일한 표적에 반사된 반사 연속파끼리 매칭하고,
    상기 복수의 표적의 운동 형태를 파악하며,
    상기 복수의 실제 표적 정보 각각에 대한 상기 반사 연속파를 이용하여 상기 복수의 실제 표적 정보의 이동을 추적하고,
    상기 제1 수신 기간은 상기 복수의 제1 반사 변조파를 수신하는 기간이고, 상기 제2 수신 기간은 상기 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 기간인, 다중 표적 탐지 장치.
  2. FMCW(Frequency Modulation Continuous Waveform) 신호를 이용하여 복수의 표적을 탐지하는 방법으로,
    연속파 및 상기 연속파를 변조한 서로 다른 제1 변조파와 제2 변조파를 송신하는 단계;
    상기 제1 변조파 및 상기 제2 변조파가 이동하는 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 단계;
    상기 연속파가 상기 복수의 표적에 반사되어 돌아온 복수의 반사 연속파를 수신하는 단계;
    상기 복수의 반사 연속파, 상기 복수의 제1 반사 변조파 및 상기 복수의 제2 반사 변조파에 포함된 복수의 고유 정보를 이용하여 복수의 표적 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 표적 정보 각각의 거리값을 계산하고, 상기 거리값을 이용하여 상기 복수의 표적 정보 중 실제 표적 정보를 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 반사 연속파를 수신하는 단계는,
    제1 수신 기간에 수신된 복수의 제1 반사 연속파의 주파수 크기를 측정하는 단계;
    제2 수신 기간에 수신된 복수의 제2 반사 연속파의 주파수 크기를 측정하는 단계;
    상기 복수의 제1 반사 연속파와 상기 복수의 제2 반사 연속파 중 상기 복수의 표적 중 동일한 표적에 반사된 반사 연속파끼리 매칭하는 단계; 및
    상기 복수의 표적의 운동 형태를 파악하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 수신 기간은 상기 복수의 제1 반사 변조파를 수신하는 기간이고,
    상기 제2 수신 기간은 상기 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 기간인, 다중 표적 탐지 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 변조파와 제2 변조파를 송신하는 단계는,
    제1 송신 기간 동안 상기 제1 변조파를 송신하는 단계;
    상기 제1 송신 기간 이후에 제2 송신 기간 동안 상기 제2 변조파를 송신하는 단계; 및
    상기 제1 송신 기간 및 상기 제2 송신 기간을 더한 기간 동안 상기 연속파를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1 반사 변조파 및 복수의 제2 반사 변조파를 수신하는 단계는,
    상기 복수의 제1 반사 변조파의 주파수 대역폭 및 크기를 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 제2 반사 변조파의 주파수 대역폭 및 크기를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 반사 연속파끼리 매칭하는 단계는,
    제1 반사 연속파의 주파수 크기를 기준으로 기설정된 크기 변화 범위 내에 존재하는 제2 반사 연속파와 매칭하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 표적 정보를 획득하는 단계는,
    상기 복수의 제1 반사 변조파 및 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 복수의 제1 표적 정보를 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 제2 반사 변조파 및 상기 복수의 반사 연속파를 이용하여 복수의 제2 표적 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실제 표적 정보를 인지하는 단계는,
    상기 복수의 제1 표적 정보 각각에 대한 복수의 제1 거리값을 계산하는 단계;
    상기 복수의 제2 표적 정보 각각에 대한 복수의 제2 거리값을 계산하는 단계;
    동일한 상기 반사 연속파를 이용하여 계산된 상기 복수의 제1 거리값과 상기 복수의 제2 거리값의 차이를 계산하는 단계; 및
    차이가 최소인 상기 제1 거리값과 상기 제2 거리값에 대응되는 상기 제1 표적 정보와 상기 제2 표적 정보를 매칭하여 실제 표적 정보를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 거리값은,
    수학식 3을 이용하여 계산되고,
    [수학식 3]
    Figure 112020039910907-pat00005

    상기 R은 상기 거리값을 나타내고, 상기 B는 반사 변조파의 대역폭을 나타내며, 상기 c는 빛의 속도를 나타내고, 상기 T는 반사 변조파의 주기를 나타내며, 상기 fup은 변조파와 반사 변조파의 주파수 크기 차이를 나타내고, 상기 fdop는 연속파와 반사 연속파의 주파수 차이를 나타내는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 실제 표적 정보 각각에 대한 상기 반사 연속파를 이용하여 상기 복수의 실제 표적 정보의 이동을 추적하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 표적 탐지 방법.
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