KR102362866B1 - Method and apparatus adaptive sidelobe cancellation algorithm using subarray in a full digital array radar - Google Patents
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Abstract
디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법 및 그 장치가 제공 된다. 본 발명의 일 실시예에 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법은 복수의 배열 소자를 포함하는 레이다의 수신부를 통해 신호를 수신하는 단계, 제1 신호를 상부 경로로 전달하고, 상기 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 소자단의 정지 환경 저부엽 가중치를 적용하는 단계, 제2 신호를 하부 경로로 전달하고, 상기 하부 경로로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하는 단계 및 상기 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 상기 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계를 포함하되, 상기 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않을 수 있다.A digital radar adaptive leaf lobe removal method and apparatus are provided. In an embodiment of the present invention, the digital radar adaptive side lobe removal method includes the steps of receiving a signal through a receiver of a radar including a plurality of array elements, transmitting a first signal to an upper path, and transmitting the first signal transmitted to the upper path Applying the weight of the static environment of the entire array element stage to the first signal, transferring a second signal to a lower path, and performing a sub-array formation matrix operation using the second signal transmitted to the lower path and obtaining an adaptive sub-sequence weight by using the second signal on which the sub-array forming matrix operation has been performed, wherein the sub-array forming matrix operation may not be performed on the first signal.
Description
본 발명은 디지털 레이다의 적응형 부엽제거 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 완전 디지털 레이다에 적합하도록 부배열을 이용하여 적응형 부엽제거를 수행하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a digital radar adaptive lobe removal method and an apparatus therefor. More particularly, it relates to a method and apparatus for performing adaptive side lobe removal using a sub-array to be suitable for all-digital radar.
재밍(Jamming)기법은 원래의 시스템에 의도적으로 전력세기가 큰 간섭신호를 투입시켜 해당 시스템의 정상동작을 방해함으로써 올바른 정보획득을 방해하는데 이용되는 기술이다. 레이다에서 재밍 신호가 수신기에 방해 신호로 작용하면 수신신호의 신호대간섭잡음비(Signal-to-Interference plus Noise Ratio, SINR)를 감소시켜 표적 탐지에 문제가 될 뿐만 아니라 오경보(false alarm)을 초래할 수 있다. 이러한 재밍 신호에 대한 대처 방안 중 하나로, 해당 시스템의 안테나 패턴에 재밍 신호 방향으로 널(null)을 형성함으로써, 수신되는 재밍 신호의 전력을 최소화하는 부엽제거 기술이 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 부엽제거 기술은 레이다의 주안테나와 보조안테나를 이용하여 주안테나의 부엽으로 인가되는 재밍신호와 동일한 간섭 신호를 보조안테나를 통하여 획득하고, 두 안테나에서 수신한 신호의 차를 이용하여 간섭신호를 최대한 제거하고 원하는 신호를 얻는 방법이다. 하지만 완전 디지털 배열에서는 소자 단위의 다양한 빔형성이 가능하므로, 별도의 부엽제거 안테나가 필요 없다. 이에 따라 완전 디지털 레이다에서 적용 가능한 적응형 일반화 부엽제거(Generalized Sidelobe Cancellation, GSC) 방법의 제공이 요구된다.The jamming technique is a technique used to prevent correct information acquisition by intentionally injecting an interference signal with high power to the original system to interfere with the normal operation of the system. If the jamming signal in the radar acts as an interfering signal to the receiver, it reduces the signal-to-interference plus noise ratio (SINR) of the received signal, which not only causes a problem in target detection, but also may cause a false alarm. . As one of the countermeasures against such a jamming signal, a side-lobe removal technique that minimizes the power of a received jamming signal by forming a null in the direction of the jamming signal in an antenna pattern of a corresponding system has been widely used. In general, the side lobe removal technique acquires the same interference signal as the jamming signal applied to the side lobe of the main antenna through the auxiliary antenna using the main and auxiliary antennas of the radar, and uses the difference between the signals received from the two antennas to obtain the interference signal It is a method to remove as much as possible and obtain the desired signal. However, in the all-digital array, various beamforming in units of devices is possible, so there is no need for a separate side-lobe removal antenna. Accordingly, it is required to provide an adaptive generalized sidelobe cancellation (GSC) method applicable to all-digital radar.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background art is technical information that the inventor possessed for the derivation of the present invention or acquired in the process of derivation of the present invention, and cannot necessarily be said to be a known technique disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.
본 발명의 실시예들은 부배열을 사용하는 경우 부엽 레벨 증가량을 감소시키기 위한 완전 디지털 레이다의 적응형 부엽 제거 방법 및 그 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide an all-digital radar adaptive side lobe removal method and apparatus for reducing side lobe level increase when using a sub-array.
본 발명의 일 실시예에 따라 컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법은 복수의 배열 소자를 포함하는 레이다의 수신부를 통해 신호를 수신하는 단계, 제1 신호를 상부 경로(upper path)로 전달하고, 상기 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 소자단의 정지 환경(quiescent environment) 저부엽 가중치를 적용하는 단계, 제2 신호를 하부 경로(lower path)로 전달하고, 상기 하부 경로 로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하는 단계 및 상기 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 상기 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계를 포함하되, 상기 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않을 수 있다.A digital radar adaptive side lobe removal method performed by a computing device according to an embodiment of the present invention comprises the steps of receiving a signal through a receiver of a radar including a plurality of array elements, and transmitting a first signal to an upper path and applying a quiescent environment lower lobe weight of the entire array element stage to the first signal transmitted to the upper path, transferring the second signal to the lower path, and Comprising the steps of performing a sub-array forming matrix operation using a second signal transmitted through a path, and obtaining an adaptive sub-sequence weight by using the second signal on which the sub-array forming matrix operation is performed, wherein Subarray forming matrix operation may not be performed on the first signal.
일 실시예에서 상기 신호를 수신하는 단계는, 상기 신호를 상기 상부 경로로 전달되는 제1 신호 및 상기 하부 경로로 전달되는 제2 신호로 분기하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the receiving of the signal may further include branching the signal into a first signal transmitted through the upper path and a second signal transmitted through the lower path.
일 실시예에서 상기 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하는 단계는, 디지털 영역에서 상기 제2 신호에 대한 상기 부배열 형성 행렬 연산을 수행하여 복수의 부배열 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, performing the sub-array forming matrix operation using the second signal includes generating a plurality of sub-array signals by performing the sub-array forming matrix operation on the second signal in a digital domain. may include
일 실시예에서 상기 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계는, 상기 획득된 복수의 부배열 신호를 이용하여 적응형 빔 형성을 위한 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the obtaining of the adaptive subsequence weights may include obtaining the adaptive subsequence weights for adaptive beamforming by using the obtained plurality of subsequence signals.
일 실시예에서 상기 적응형 부배열 가중치는, 부배열의 공분산 행렬와 부배열의 출력 신호, 정지 환경 출력 신호 간의 상관 벡터를 기초로 획득될 수 있다.In an embodiment, the adaptive subsequence weight may be obtained based on a correlation vector between a covariance matrix of a subsequence, an output signal of the subsequence, and a static environment output signal.
본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 레이다는 복수의 배열 소자를 포함하는 수신부 및 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 수신부를 통해 수신된 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분기하고, 상기 제1 신호를 상부 경로로 전달하고 상기 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 소자단의 정지 환경 저부엽 가중치를 적용하되, 상기 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않고, 상기 제2 신호를 하부 경로로 전달하고, 상기 하부 경로로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하고, 상기 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 상기 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득할 수 있다.A digital radar according to another embodiment of the present invention includes a receiving unit and a processor including a plurality of array elements, wherein the processor branches the signal received through the receiving unit into a first signal and a second signal, and 1 signal is transmitted to the upper path, and a static environment lower side lobe weight of the entire array element stage is applied to the first signal transmitted through the upper path, but without performing a sub-array formation matrix operation on the first signal, the A second signal is transmitted to a lower path, a sub-array forming matrix operation is performed using the second signal transmitted through the lower path, and an adaptive sub-array using the second signal on which the sub-array forming matrix operation has been performed is used. Array weights can be obtained.
일 실시예에서 상기 프로세서는, 상기 신호를 상기 상부 경로로 전달되는 제1 신호 및 상기 하부 경로로 전달되는 제2 신호로 분기할 수 있다.In an embodiment, the processor may branch the signal into a first signal transmitted through the upper path and a second signal transmitted through the lower path.
일 실시예에서 상기 프로세서는, 디지털 영역에서 상기 제2 신호에 대한 상기 부배열 형성 행렬 연산을 수행하여 복수의 부배열 신호를 생성할 수 있다.In an embodiment, the processor may generate a plurality of sub-array signals by performing the sub-array forming matrix operation on the second signal in a digital domain.
일 실시예에서 상기 프로세서는, 상기 획득된 복수의 부배열 신호를 이용하여 적응형 빔 형성을 위한 적응형 부배열 가중치를 획득할 수 있다.In an embodiment, the processor may obtain an adaptive subsequence weight for adaptive beamforming by using the plurality of obtained subsequence signals.
일 실시예에서 상기 적응형 부배열 가중치는, 적응형 부배열 가중치는 부배열의 공분산 행렬와 부배열의 출력 신호, 정지 환경 출력신호 간의 상관 벡터를 기초로 획득될 수 있다.In an embodiment, the adaptive subsequence weight may be obtained based on a correlation vector between a covariance matrix of a subsequence, an output signal of the subsequence, and a static environment output signal.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
도 1은 통상적인 완전 디지털 능동 배열 레이다의 구조의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법의 순서도이다.
도 3은 완전 디지털 배열의 일반화 부엽제거 방법을 설명하기 위한 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 4는 디지털 부배열을 이용하는 일반화 부엽제거 방법을 설명하기 위한 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 부엽제거 방법을 설명하기 위한 다이어그램을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부배열 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법의 최대 부엽 수준을 비교한 결과 데이터를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an example of the structure of a typical all-digital active array radar.
2 is a flowchart of a digital radar adaptive side lobe removal method according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a generalized method for removing side lobes of an all-digital arrangement.
4 is a diagram illustrating a generalized side-lobe removal method using a digital sub-sequence.
5 is a diagram illustrating a method for adaptive side lobe removal according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a sub-array structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing data as a result of comparing the maximum side lobe level of the digital radar adaptive side lobe removal method according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0012] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented with changes from one embodiment to another without departing from the spirit and scope of the present invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the following detailed description is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention should be taken as encompassing the scope of the claims and all equivalents thereto. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar elements throughout the various aspects.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to enable those of ordinary skill in the art to easily practice the present invention.
도 1은 통상적인 완전 디지털 능동 배열 레이다의 구조의 일 예시를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an example of the structure of a typical all-digital active array radar.
완전 디지털 능동배열 레이다의 빔 형성 구조는 도시된 바와 같다. 완전 디지털 능동배열 레이다는 완전 디지털 빔 형성 방식을 이용하여 기존의 아날로그 방식의 변위기를 이용한 아날로그 빔 형성 방식, 디지털 변위기를 이용하고 부배열 개념을 적용한 디지털 빔 형성 방식보다 많은 장점을 가지고 있다. 완전 디지털 능동배열 레이다는 디지털 송수신 블록의 빔 형성 모듈에서 디지털 단에서의 다중빔 형성이 가능하기 때문에, 부배열에서 이용하는 다중빔의 성능보다 이득 및 부엽(side lobe) 레벨의 열화 없이 이용할 수 있다.The beam forming structure of the all-digital active array radar is as shown. The all-digital active array radar uses a full digital beamforming method and has many advantages over the analog beamforming method using the existing analog displacement transducer and the digital beamforming method using a digital displacement transducer and applying the sub-array concept. Since the all-digital active array radar enables multi-beam formation at the digital stage in the beam forming module of the digital transmit/receive block, it can be used without degradation of gain and side lobe level than the performance of the multi-beam used in the sub-array.
각 디지털 송수신 블록은 다수의 다중빔 형성이 가능하며, 그 중 일부를 부엽제거 수신빔으로 할당하여, 빔 형성 과정에서 단순 행렬 연산만으로도 재밍 신호를 제거할 수 있다. 즉, 적응형 부엽제거 알고리즘의 핵심은 최종 출력 신호의 평균값을 최소로 만들도록 적응형 부엽제거 빔 형성 계수를 결정하는 것이다.Each digital transmit/receive block can form a plurality of multi-beams, and some of them are allocated as side-lobe-removing receive beams, so that a jamming signal can be removed only by a simple matrix operation in the beam forming process. That is, the core of the adaptive delobing algorithm is to determine the adaptive delobing beamforming coefficient to minimize the average value of the final output signal.
빔 조향 시 부배열로 인한 부엽레벨 증가량의 감소는 상부 경로의 차이에 의해 구현된다. 기본적인 레이다 출력 패턴은 상부 경로를 통해 얻어지며 부엽특성은 기본적인 출력 패턴에 의해 크게 좌우된다. The reduction in the increase in the side lobe level due to the sub-arrangement during beam steering is realized by the difference in the upper path. The basic radar output pattern is obtained through the upper path, and the side lobe characteristics are largely influenced by the basic output pattern.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법은 레이다의 수신부를 통해 수신된 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분기할 수 있다. 이후, 제1 신호는 상부 경로로 제2 신호는 하부 경로로 전달된다. 본 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법은 상부 경로로 전달된 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않는다.The digital radar adaptive side lobe removal method according to some embodiments of the present invention may branch a signal received through a receiver of the radar into a first signal and a second signal. Thereafter, the first signal is transmitted to the upper path and the second signal is transmitted to the lower path. The digital radar adaptive side lobe removal method according to the present embodiment does not perform the sub-array forming matrix operation on the signal transmitted through the upper path.
즉, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽 제거 방법을 수행하는 디지털 레이다는 상부 경로에 의한 출력은 부배열 형성 행렬을 통과하지 않고 정지환경에서의 가중치를 적용하기 때문에 일반적인 부배열을 이용한 부엽제거 방법보다 빔 조향시 더 낮은 부엽레벨을 유지할 수 있다. 동시에 적응형 가중치는 부배열 단에서 계산하므로, 효율적으로 재머 방향에 널을 생성할 수 있다. That is, since the digital radar performing the digital radar adaptive side lobe removal method according to some embodiments of the present invention applies a weight in a stationary environment without passing through the sub-array formation matrix, the output by the upper path is a general sub-array. It is possible to maintain a lower side lobe level during beam steering than the used side lobe removal method. At the same time, since the adaptive weight is calculated at the sub-array stage, nulls can be efficiently generated in the jammer direction.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a digital radar adaptive side lobe removal method according to an embodiment of the present invention.
단계 S110에서 디지털 레이다는 복수의 배열 소자를 포함하는 레이다의 수신부를 통해 신호를 수신할 수 있다.In step S110, the digital radar may receive a signal through a receiver of the radar including a plurality of array elements.
이후, 디지털 레이다는 상기 신호를 상기 상부 경로로 전달되는 제1 신호 및 상기 하부 경로로 전달되는 제2 신호로 분기할 수 있다.Thereafter, the digital radar may branch the signal into a first signal transmitted through the upper path and a second signal transmitted through the lower path.
단계 S120에서 디지털 레이다는 제1 신호를 상부 경로로 전달하고, 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 소자단의 정지 환경 저부엽 가중치를 적용할 수 있다. 특히 디지털 레이다는 상기 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않을 수 있다.In step S120, the digital radar may transmit the first signal to the upper path, and apply the weight of the rest environment lower lobe of the entire array element stage to the first signal transmitted through the upper path. In particular, the digital radar may not perform a sub-array forming matrix operation on the first signal.
단계 S130에서 디지털 레이다는 제2 신호를 하부 경로로 전달하고, 하부 경로로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행할 수 있다. 또한 디지털 레이다는 디지털 영역에서 상기 제2 신호에 대한 상기 부배열 형성 행렬 연산을 수행하여 복수의 부배열 신호를 생성할 수 있다.In step S130, the digital radar transfers the second signal to the lower path, and may perform a sub-array formation matrix operation using the second signal transferred to the lower path. In addition, the digital radar may generate a plurality of sub-array signals by performing the sub-array forming matrix operation on the second signal in the digital domain.
단계 S140에서 디지털 레이다는 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득할 수 있다. 보다 구체적으로 디지털 레이다는 상기 획득된 복수의 부배열 신호를 이용하여 적응형 빔 형성을 위한 적응형 부배열 가중치를 획득할 수 있다. 이 경우, 적응형 부배열 가중치는 부배열의 공분산 행렬와 부배열의 출력 신호, 정지 환경 출력신호 간의 상관 벡터를 기초로 획득될 수 있다.In step S140, the digital radar may obtain an adaptive sub-sequence weight by using the second signal on which the sub-array forming matrix operation is performed. More specifically, the digital radar may acquire an adaptive subsequence weight for adaptive beamforming by using the plurality of acquired subsequence signals. In this case, the adaptive subsequence weight may be obtained based on the correlation vector between the covariance matrix of the subsequence, the output signal of the subsequence, and the static environment output signal.
단계 S150에서 디지털 레이다는 상부 경로의 가중치 및 하부 경로의 가중치가 적용된 출력 신호를 더하여 최종 출력을 획득할 수 있다. In step S150, the digital radar may obtain a final output by adding an output signal to which the weight of the upper path and the weight of the lower path are applied.
도 3은 완전 디지털 배열의 일반화 부엽제거 방법을 설명하기 위한 다이어그램을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a generalized method for removing side lobes of an all-digital arrangement.
도시된 바를 참조할 때, 완전 디지털 배열에 입사한 입력 신호는 상부 경로와 하부 경로로 분기될 수 있다. 하부 경로의 
[수식 1] [Formula 1]
한편, 출력 신호는 원하지 않는 간섭신호의 전력이 최소화 되어야 하므로, 출력 신호의 평균 제곱 값이 최소가 되도록 하는 적응빔 가중치(
[수식 2][Formula 2]
수식 2 에서 
즉, 도시된 바와 같이 완전 디지털 배열에서는 소자 단위의 다양한 빔 형성이 가능하므로, 별도의 부엽제거 안테나가 필요없이 도 3의 블록다이어그램과 같은 적응형 일반화 부엽제거 방법의 적용이 가능하다. That is, as shown in the figure, since various beams can be formed in units of devices in the all-digital array, the adaptive generalized side-lobe removal method as shown in the block diagram of FIG. 3 can be applied without the need for a separate side-lobe removal antenna.
도 4는 디지털 부배열을 이용하는 일반화 부엽제거 방법을 설명하기 위한 다이어그램을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a generalized side-lobe removal method using a digital sub-sequence.
기술의 발전에 따라 완전 디지털 레이다는 수백에서 수천 개의 AD(Analog to Digital Converter)소자를 가지고 자유로운 빔형성을 수행할 수 있다. 하지만 완전 디지털 레이다에서 전체 배열 소자를 이용하는 적응형 부엽제거 방법을 수행할 경우, 배열 안테나의 각 소자에서 수집한 엄청난 양의 데이터를 신호 처리장치로 보내기 위해 지나치게 과도한 통신 자원이 필요하다는 문제가 존재할 수 있다. With the development of technology, all-digital radar can perform free beamforming with hundreds to thousands of AD (Analog to Digital Converter) devices. However, if the adaptive side lobe removal method using the entire array element is performed in the all-digital radar, there may be a problem that excessive communication resources are required to send the huge amount of data collected from each element of the array antenna to the signal processing device. have.
또한 공분산 행렬의 역행렬을 구하는 과정에서 많은양의 컴퓨팅 자원이 요구되므로, 실시간으로 전체 배열 소자 데이터를 이용하는 형태의 적응형 부엽제거 방법을 수행하기에는 한계가 있다. In addition, since a large amount of computing resources are required in the process of obtaining the inverse of the covariance matrix, there is a limit to performing the adaptive side lobe removal method using the entire array element data in real time.
따라서 적응형 빔형성 가중치를 구하기 위하여 디지털 영역에서 일정 그룹으로 묶어 부배열을 구성함으로써 도시된 바와 같이 가중치 연산량을 감소시키는 방법을 고려할 수 있다. 즉, 배열 소자에서 수집한 신호 데이터를 기존에 RF나 IF단계에서 일정 그룹으로 묶어 부배열을 구성하는 것과 유사하게 상술한 디지털 영역에서의 부배열을 구성할 수 있다.Therefore, in order to obtain the adaptive beamforming weights, a method of reducing the weight calculation amount as shown by forming sub-arrays by grouping them into predetermined groups in the digital domain may be considered. That is, similar to configuring the sub-array by grouping the signal data collected from the array element into a predetermined group in the RF or IF step, the above-described sub-array in the digital domain can be configured.
도 4에서 
도시된 바를 참조하면 각 배열 소자의 들어온 신호는 디지털 영역에서 부배열 신호로 합쳐진 후, 각 부배열의 채널별로 전체 배열에서의 부엽제거 방법와 동일한 방식으로 부배열 적응형 빔형성 가중치를 획득할 수 있다.. 부배열 적응형 빔형성 가중치(
[수식 3][Equation 3]
하지만, 이 경우 부배열 형성에 의해 실질적인 배열 소자 간격이 커질 수 있다. 따라서 부배열 형성 행렬에 적용된 신호 방향과 다른 방향으로 빔 조향을 하면 그레이팅로브가 발생하게 되고, 이로 인해 안테나 패턴의 부엽수준이 상당히 증가할 수 있다. However, in this case, a substantial distance between the array elements may be increased by the formation of the sub-array. Therefore, if the beam is steered in a direction different from the signal direction applied to the sub-array forming matrix, a grating lobe is generated, which may significantly increase the level of the side lobe of the antenna pattern.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 적응형 부엽제거 방법을 설명하기 위한 다이어그램을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a method for adaptive side lobe removal according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다는 수신부를 통해 수신된 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분기할 수 있다.The digital radar according to an embodiment of the present invention may branch a signal received through the receiver into a first signal and a second signal.
또한, 디지털 레이다는 제1 신호를 상부 경로로 전달하고 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 소자단의 정지 환경 저부엽 가중치를 적용하되, 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않을 수 있다.In addition, the digital radar transmits the first signal to the upper path and applies the weight of the rest environment lower lobe of the entire array element stage to the first signal transmitted to the upper path, but performs a sub-array formation matrix operation on the first signal may not
그리고, 디지털 레이다는 제2 신호를 하부 경로로 전달하고, 하부 경로로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하고, 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득할 수 있다.Then, the digital radar transmits the second signal to the lower path, performs a sub-array forming matrix operation using the second signal transmitted to the lower path, and adapts using the second signal on which the sub-array forming matrix operation is performed You can get type subarray weights.
전술한 바, 빔 조향 시 부배열로 인한 부엽레벨 증가량의 감소는 상부 경로의 차이에 의해 구현될 수 있다. 또한, 기본적인 레이다 출력 패턴은 상부 경로를 통해 얻어지며 부엽특성은 기본적인 출력 패턴에 의해 크게 좌우된다. As described above, the reduction in the increase in the side lobe level due to the sub-arrangement during beam steering can be realized by the difference in the upper path. In addition, the basic radar output pattern is obtained through the upper path, and the side lobe characteristics are largely influenced by the basic output pattern.
도 5에 도시된 바를 참조할 때, 본 발명의 몇몇 실시예에 따르면 디지털 레이다의 적응형 부엽제거 방법은 가중치 연산량을 줄이기 위해 부배열 단에서 재머 방향에 널을 만들고, 빔 조향은 전체 배열 소자 단에서 수행하여 부엽 레벨 증가량을 감소시킬 수 있다.Referring to FIG. 5 , according to some embodiments of the present invention, the adaptive side lobe removal method of digital radar makes nulls in the jammer direction at the sub-array stage to reduce the amount of weight calculation, and beam steering is performed at the entire array element stage. It is possible to reduce the amount of increase in side lobe level by performing in
우선, 레이다의 수신부에 들어온 신호는 상부 경로와 하부 경로로 분기된다. 상부 경로로 들어온 각 소자의 수신신호는 부배열 형성 행렬을 통과하지 않고 전체 배열 소자 단의 정지 환경 저부엽 가중치(
하부 경로에서는 부배열 형성 행렬을 통과하여, 적응형 빔형성을 위한 적응형 부배열 가중치(
[수식 4][Equation 4]
적응형 부배열 가중치(
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디지털 레이다에 의해 수행되는 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법은 상부 경로에 의한 출력은 부배열 형성 행렬을 통과하지 않고 정지환경에서의 가중치를 적용할 수 있다. In the digital radar adaptive side lobe removal method performed by the digital radar according to some embodiments of the present invention, the output by the upper path does not pass through the sub-array formation matrix, and weights in a stationary environment may be applied.
따라서, 본 실시예에 따른 디지털 레이다는 일반적인 부배열을 이용한 부엽제거 방법보다 빔 조향시 더 낮은 부엽레벨을 유지할 수 있다. 동시에 적응형 가중치는 부배열 단에서 계산하므로, 효율적으로 재머 방향에 널을 생성할 수 있다. Therefore, the digital radar according to the present embodiment can maintain a lower side lobe level when steering a beam than a method for removing side lobes using a general sub-array. At the same time, since the adaptive weight is calculated at the sub-array stage, nulls can be efficiently generated in the jammer direction.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부배열 구조를 도시한 도면이다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 부엽제거 방법에 이용되는 부배열 구조는 도시된 바와 같다. 6 is a diagram illustrating a sub-array structure according to an embodiment of the present invention. The sub-array structure used in the side leaf removal method according to some embodiments of the present invention is as shown.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법의 최대 부엽 수준을 비교한 결과 데이터를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating data as a result of comparing the maximum side lobe level of the digital radar adaptive side lobe removal method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 기존의 부엽제거 방법 대비 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 디지털 레이다 부엽제거 방법의 성능을 검증하기 위해 전공간 안테나 패턴의 최대 부엽 수준을 비교한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 7 is a graph illustrating simulation results comparing the maximum side lobe level of an all-space antenna pattern in order to verify the performance of the digital radar side lobe removal method according to some embodiments of the present invention compared to the existing side lobe removal method.
예를 들어 시뮬레이션의 일 예시에서 부배열 형성 행렬에 적용된 신호 방향은 (0˚,0˚) 이며, 전체 소자의 기본 가중치는 Taylor 30dB 분포가 적용될 수 있다. 일 예시로 (0˚,0˚) 방향 빔의 가로 방향 빔 폭을 
도 7에 도시된 바를 참조할 때, 실선은 기존 부배열 부엽제거 방법을 적용했을 경우 재머 입사 방향에 따른 최대 부엽 수준을 도시하며, 점선은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법을 적용한 경우 재머 입사 방향에 따른 최대 부엽수준을 도시한다. 시뮬레이션 비교 결과 그래프를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법을 적용했을 때의 부엽 수준이 기존의 기술보다 개선되었음을 알 수 있다. Referring to FIG. 7 , the solid line shows the maximum side lobe level according to the jammer incident direction when the existing sub-array side lobe removal method is applied, and the dotted line is digital radar adaptive side lobe removal according to an embodiment of the present invention. When the method is applied, the maximum side lobe level according to the jammer incident direction is shown. Referring to the simulation comparison result graph, it can be seen that the level of side lobe when the digital radar adaptive side lobe removal method according to an embodiment of the present invention is applied is improved compared to the existing technology.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The device described above may be implemented as a hardware component, a software component, and/or a combination of the hardware component and the software component. For example, the apparatus and components described in the embodiments may include a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate array (FPGA), and a programmable logic unit (PLU). It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a logic unit, microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of the software. For convenience of understanding, although one processing device is sometimes described as being used, one of ordinary skill in the art will recognize that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that can include For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may comprise a computer program, code, instructions, or a combination of one or more thereof, which configures a processing device to operate as desired or is independently or collectively processed You can command the device. The software and/or data may be any kind of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or apparatus, to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. , or may be permanently or temporarily embody in a transmitted signal wave. The software may be distributed over networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.
Claims (11)
복수의 배열 안테나 소자를 포함하는 레이다의 수신부를 통해 신호를 수신하는 단계;
상기 신호를 제1 신호와 제2 신호로 분기하는 단계;
상기 제1 신호를 상부 경로로 전달하고, 상기 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 안테나 소자단의 정지 환경 저부엽 가중치를 적용하되, 상기 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않는 단계;
상기 제2 신호를 하부 경로로 전달하고, 상기 하부 경로로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하는 단계; 및
상기 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 상기 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계;를 포함하는,
디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법.A digital radar adaptive lobe removal method performed by a computing device, the method comprising:
Receiving a signal through a receiver of a radar including a plurality of array antenna elements;
branching the signal into a first signal and a second signal;
The first signal is transmitted to the upper path, and a static environment lower side lobe weight of the entire array antenna element stage is applied to the first signal transmitted through the upper path, and a sub-array forming matrix operation is performed on the first signal. not step;
transferring the second signal to a lower path and performing a sub-array forming matrix operation using the second signal transferred to the lower path; and
obtaining an adaptive subsequence weight by using the second signal on which the sub-array forming matrix operation has been performed;
A digital radar adaptive lobe removal method.
상기 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하는 단계는,
디지털 영역에서 상기 제2 신호에 대한 상기 부배열 형성 행렬 연산을 수행하여 복수의 부배열 신호를 생성하는 단계를 포함하는,
디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법.
According to claim 1,
The step of performing a sub-array forming matrix operation using the second signal comprises:
generating a plurality of sub-array signals by performing the sub-array forming matrix operation on the second signal in a digital domain;
A digital radar adaptive lobe removal method.
상기 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계는,
상기 획득된 복수의 부배열 신호를 이용하여 적응형 빔 형성을 위한 적응형 부배열 가중치를 획득하는 단계를 포함하는,
디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법.
4. The method of claim 3,
The step of obtaining the adaptive subsequence weight comprises:
obtaining an adaptive subsequence weight for adaptive beamforming by using the obtained plurality of subsequence signals;
A digital radar adaptive lobe removal method.
상기 적응형 부배열 가중치는,
부배열의 공분산 행렬와 부배열의 출력 신호, 정지 환경 출력 신호 간의 상관 벡터를 기초로 획득되는,
디지털 레이다 적응형 부엽제거 방법.
According to claim 1,
The adaptive subsequence weight is
obtained based on the correlation vector between the covariance matrix of the sub-array and the output signal of the sub-array, the quiescent environment output signal,
A digital radar adaptive lobe removal method.
프로세서;를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 수신부를 통해 수신된 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분기하고, 상기 제1 신호를 상부 경로로 전달하고 상기 상부 경로로 전달된 제1 신호에 대하여 전체 배열 안테나 소자단의 정지 환경 저부엽 가중치를 적용하되, 상기 제1 신호에 대하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하지 않고, 상기 제2 신호를 하부 경로로 전달하고, 상기 하부 경로로 전달된 제2 신호를 이용하여 부배열 형성 행렬 연산을 수행하고, 상기 부배열 형성 행렬 연산이 수행된 상기 제2 신호를 이용하여 적응형 부배열 가중치를 획득하는,
디지털 레이다.a receiver including a plurality of array antenna elements;
processor; including;
The processor is
The signal received through the receiver is divided into a first signal and a second signal, the first signal is transmitted to the upper path, and the lower lobe of the rest environment of the entire array antenna element stage with respect to the first signal transmitted through the upper path A weight is applied, but the sub-array forming matrix operation is not performed on the first signal, the second signal is transmitted to a lower path, and the sub-array forming matrix operation is performed using the second signal transmitted to the lower path and obtaining an adaptive sub-sequence weight using the second signal on which the sub-array forming matrix operation has been performed,
digital radar.
상기 프로세서는,
디지털 영역에서 상기 제2 신호에 대한 상기 부배열 형성 행렬 연산을 수행하여 복수의 부배열 신호를 생성하는,
디지털 레이다.
7. The method of claim 6,
The processor is
generating a plurality of sub-array signals by performing the sub-array forming matrix operation on the second signal in a digital domain;
digital radar.
상기 프로세서는,
상기 획득된 복수의 부배열 신호를 이용하여 적응형 빔 형성을 위한 적응형 부배열 가중치를 획득하는,
디지털 레이다.
9. The method of claim 8,
The processor is
obtaining an adaptive subsequence weight for adaptive beamforming by using the obtained plurality of subsequence signals;
digital radar.
상기 적응형 부배열 가중치는,
적응형 부배열 가중치는 부배열의 공분산 행렬와 부배열의 출력 신호, 정지 환경 출력신호 간의 상관 벡터를 기초로 획득되는,
디지털 레이다.
7. The method of claim 6,
The adaptive subsequence weight is
The adaptive subsequence weights are obtained based on the correlation vector between the covariance matrix of the subsequence and the output signal of the subsequence, and the static environment output signal,
digital radar.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200097540A KR102362866B1 (en) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | Method and apparatus adaptive sidelobe cancellation algorithm using subarray in a full digital array radar |
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|---|---|---|---|
| KR1020200097540A KR102362866B1 (en) | 2020-08-04 | 2020-08-04 | Method and apparatus adaptive sidelobe cancellation algorithm using subarray in a full digital array radar |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220017262A KR20220017262A (en) | 2022-02-11 |
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ID=80266408
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102362866B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100880892B1 (en) | 2007-04-11 | 2009-01-30 | 한국전자통신연구원 | Multi-mode antenna and method of controlling mode of the same antenna |
| KR101712425B1 (en) | 2016-03-31 | 2017-03-06 | 한화시스템(주) | Method for Adaptive Beamforming of Digital Array Antenna and Program Stored in Storage for Executing the Same |
| KR101925108B1 (en) | 2018-06-07 | 2018-12-04 | 한화시스템 주식회사 | Adaptive side lobe canceller method for a fully digital active array radar |
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2020
- 2020-08-04 KR KR1020200097540A patent/KR102362866B1/en active IP Right Grant
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| KR101925108B1 (en) | 2018-06-07 | 2018-12-04 | 한화시스템 주식회사 | Adaptive side lobe canceller method for a fully digital active array radar |
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| KR20220017262A (en) | 2022-02-11 |
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