KR20190090592A - Polar format processing based moving target detection apparatus and method in bistatic ground-to-air radar environment - Google Patents

Polar format processing based moving target detection apparatus and method in bistatic ground-to-air radar environment Download PDF

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KR20190090592A KR1020180009483A KR20180009483A KR20190090592A KR 20190090592 A KR20190090592 A KR 20190090592A KR 1020180009483 A KR1020180009483 A KR 1020180009483A KR 20180009483 A KR20180009483 A KR 20180009483A KR 20190090592 A KR20190090592 A KR 20190090592A
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Abstract

The present invention discloses a device for detecting a moving target in a bistatic ground-to-air radar environment by polar format processing and a method thereof. According to one embodiment of the present invention, provided is the device for detecting a moving target in a bistatic ground-to-air environment in which a transmission radar and a plurality of reception radars are separated. The device for detecting a moving target in a bistatic ground-to-air radar environment by polar format processing comprises: a parameter storage unit storing position coordinates of the transmission radar and the plurality of reception radars, and detection region center coordinates; a function obtaining unit obtaining function information through Fourier transformation of a reception signal received by each of the plurality of reception radars and a transmission pulse of the transmission radar; a spatial spectrum calculation unit calculating a spatial spectrum of a scattering point reflection coefficient using the obtained function information, position coordinates, and detection region center coordinates; an interpolation unit interpolating the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient to a baseband; and a two-dimensional inverse Fourier transformation unit performing two-dimensional inverse Fourier transformation for the interpolated data to obtain an image of the moving target.

Description

Polar format 프로세싱에 의한 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서의 이동 표적 탐지 장치 및 방법{Polar format processing based moving target detection apparatus and method in bistatic ground-to-air radar environment}Polar format processing based moving target detection apparatus and method in bistatic ground-to-air radar environment

본 발명은 Polar format 프로세싱에 의한 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서의 이동 표적 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for detecting a moving target in a bistatic surface to air radar environment by polar format processing.

스텔스 기술, 무인기 기술 등이 발전하면서 저피탐 이동표적에 대한 탐지 및 파라메타 추정 필요가 증대하고 있다. As stealth and drone technologies are developed, the need for detection and parameter estimation of low-pittam moving targets is increasing.

이를 위해 고이득 레이더를 사용함으로써 탐지 확률을 높일 수 있지만 고이득 레이더는 한번에 빔스캔할 수 있는 공간면적이 작으므로 고속으로 이동하는 표적을 놓칠 확률이 커진다. Statistical MIMO(Multiple-Input Multiple -Output) 레이더는 공간적으로 수신기들을 충분히 이격시키고 서로 직교 관계에 있는 신호들을 송수신한 후 공간 다이버시티(diversity) 이득을 얻어 표적을 탐지하는 발전된 형태의 레이더 시스템으로서 스캔 면적을 비교적 크게 할 수 있으면서 표적 탐지 확률을 높일 수 있는 장점이 있다. For this purpose, high-gain radar can be used to increase detection probability, but high-gain radar has a small space area for beam scanning at once, which increases the probability of missing targets moving at high speed. Statistical Multiple Input Multiple-Output (MIMO) radar is an advanced radar system that detects targets by spatially gaining spatial diversity gain after transmitting and receiving signals that are orthogonally spaced apart from each other. While it can be relatively large, there is an advantage that can increase the target detection probability.

하지만 Statistical MIMO 레이더는 수신기들이 공간적으로 떨어져 있어 코히어런트(coherent) 신호처리가 어려우며 그로 인해 위상배열(phased array) 레이더에 비해 낮은 SNR(signal-to-noise ratio) 상황에서는 탐지 확률이 떨어진다. Statistical MIMO radars, however, are difficult to process coherent signals due to the spatial separation of the receivers, making them less detectable under low signal-to-noise ratio (SNR) conditions compared to phased array radars.

지대공 레이더에서처럼 넓은 영역을 탐지하는 경우, 탐지 시간이 많이 소요되는 빔스캔 방식 대신 탐지 영역을 이미징하는 기법도 사용되고 있다. In the case of detecting a large area such as a surface-to-air radar, a technique of imaging the detection area is also used instead of the beam scanning method, which requires a lot of detection time.

SAR(synthetic aperture radar) 시스템은 레이더의 이동으로 안테나 개구면(aperture)를 합성해서 지상표적을 이미징하는 레이더로서 이미징에 의해 대공에 있는 스텔스 표적 탐지에 적용되었다. SAR (synthetic aperture radar) systems have been applied to stealth target detection in airspace by imaging as a radar that synthesizes the antenna aperture with the movement of the radar to image the ground target.

SAR 시스템은 GMTI(ground moving target indicator) 기술과 접목하여 인접한 레이더 위치에서의 클러터를 억제하면서 이동표적을 탐지 및 이미징하는 SAR-GMTI 기술로 발전하고 있다. SAR 이미징 방법 중에 특정 영역에 대한 고해상도 영상을 얻는 spotlight SAR 방식은 전파를 평면파(planewave)로 근사화시키는 polar format processing 이라 불리는 알고리즘을 사용한다. SAR systems are evolving to SAR-GMTI technology, which combines ground moving target indicator (GMTI) technology to detect and image moving targets while suppressing clutter at adjacent radar locations. Among the SAR imaging methods, the spotlight SAR method, which obtains a high resolution image of a specific region, uses an algorithm called polar format processing that approximates radio waves to plane waves.

종래의 SAR 시스템은 레이더의 이동으로 긴 거리의 안테나 개구면 합성이 가능하도록 항공기나 위성 등에 탑제되어 운용되어 왔으나 지상에서 SAR 알고리즘을 적용한 레이더 시스템 구조 및 여기에 적용할 수 있는 알고리즘 등은 발표되지 않았다. 그 이유는 다수의 수신 레이더들을 지상에 배치하는 번거로움 및 수신 레이더들의 위치가 불규칙하게 배치된 경우 이를 보상하는 방법 등이 부재하기 때문이다. Conventional SAR systems have been installed and operated on aircrafts and satellites to allow long distance antenna aperture synthesis by radar movement, but no radar system structure and algorithms applicable to SAR have been published. . The reason for this is that the inconvenience of arranging a plurality of receiving radars on the ground and a method of compensating for the case where the receiving radars are irregularly arranged are not present.

특허등록공보 제10-1389516호Patent Registration Publication No. 10-1389516

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 송신 레이더와 다수의 수신 레이더로 구성된 지대공 바이스태틱 레이더 환경에서 polar format processing 기반 SAR 이미징 기법을 적용해서 공중의 이동 표적을 탐지 및 이미징하며, 특히 클러터를 제거하며 또한 불규칙한 위치에 배치된 수신 레이더들의 위치를 보상할 수 있는 Polar format 프로세싱에 의한 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서의 이동 표적 탐지 장치 및 방법을 제안하고자 한다. In order to solve the above problems of the prior art, the present invention applies polar format processing based SAR imaging technique in a surface-to-air bistatic radar environment composed of a transmitting radar and a plurality of receiving radars to detect and image a moving target in the air. An object and method of detecting a moving target in a bi-static surface-to-air radar environment by eliminating clutter and compensating for positions of receiving radars arranged at irregular positions are proposed.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 송신 레이더와 복수의 수신 레이더가 분리된 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서 이동 표적을 탐지하는 장치로서, 상기 송신 레이더 및 상기 복수의 수신 레이더의 위치 좌표, 탐지 영역 중심 좌표를 저장하는 파라미터 저장부; 상기 복수의 수신 레이더 각각이 수신하는 수신 신호와 상기 송신 레이더의 송신 펄스의 퓨리에 변환을 통해 함수 정보를 획득하는 함수 획득부; 상기 획득된 함수 정보, 상기 위치 좌표 및 상기 탐지 영역 중심 좌표를 이용하여 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 계산하는 공간 스펙트럼 계산부; 상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 기저대역으로 이동시킨 후 보간하는 보간부; 및 상기 보간된 데이터를 2차원 역퓨리에 변환하여 이동 표적의 영상을 획득하는 2차원 역퓨리에 변화부를 포함하는 이동 표적 탐지 장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, an apparatus for detecting a moving target in a non-static surface-to-air radar environment in which a transmitting radar and a plurality of receiving radars are separated, the transmitting radar and the plurality of A parameter storage unit for storing the position coordinates of the reception radar and the center coordinates of the detection area; A function obtaining unit obtaining function information through Fourier transform of a received signal received by each of the plurality of receiving radars and a transmission pulse of the transmitting radar; A spatial spectrum calculator for calculating a spatial spectrum of a scattering point reflection coefficient using the obtained function information, the position coordinates, and the detection region center coordinates; An interpolation unit for interpolating the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient to a baseband; And a two-dimensional inverse Fourier transform unit for converting the interpolated data into a two-dimensional inverse Fourier transform to obtain an image of the moving target.

상기 함수 정보는 상기 수신 신호의 시간 퓨리에 변환 함수를 상기 송신 펄스의 퓨리에 변환으로 나눈 것으로 정의될 수 있다. The function information may be defined as the time Fourier transform function of the received signal divided by the Fourier transform of the transmission pulse.

상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼은 상기 탐지 영역의 중심 좌표와 상기 복수의 수신 레이더의 중심이 이루는 각도 및 상기 송신 레이더와 상기 탐지 영역 중심 좌표가 이루는 각도를 이용하여 상기 기저대역으로 이동될 수 있다. The spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient may be shifted to the baseband using an angle formed by the center coordinates of the detection area and the centers of the plurality of reception radars and an angle formed by the transmission radar and the detection area center coordinates. .

상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼의 기저대역으로의 이동은 상기 산란점 좌표의 2차원 퓨리에 변환 도메인 상에서 수행될 수 있다. The shift of the scattering point reflection coefficient to the baseband of the spatial spectrum may be performed on a two-dimensional Fourier transform domain of the scattering point coordinates.

상기 기저대역으로 이동한 상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼은 polar 형태를 가지며, 상기 보간부는, 상기 기저대역으로 이동한 상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 사각형 그리드에서의 값으로 보간할 수 있다. The spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient shifted to the baseband has a polar form, and the interpolation unit may interpolate the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient shifted to the baseband as a value in a rectangular grid.

상기 그리드의 간격은 상기 송신 레이더의 탐지 반경에 반비례하게 결정될 수 있다. The spacing of the grid may be determined in inverse proportion to the detection radius of the transmitting radar.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 송신 레이더와 복수의 수신 레이더가 분리된 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서 상기 복수의 수신 레이더와 연결되는 장치에서의 이동 표적을 탐지하는 방법으로서, 상기 복수의 수신 레이더로부터 수신 신호의 시간 퓨리에 변환과 송신 펄스의 퓨리에 변환을 이용하여 획득된 함수 정보를 수신하는 단계; 상기 획득된 함수 정보, 상기 송신 레이더 및 상기 복수의 수신 레이더의 위치 좌표, 탐지 영역 중심 좌표를 이용하여 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 계산하는 단계; 상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 기저대역으로 이동시킨 후 보간하는 단계; 및 상기 보간된 데이터를 2차원 역퓨리에 변환하여 이동 표적의 영상을 획득하는 단계를 포함하는 이동 표적 탐지 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, a method for detecting a moving target in a device connected to the plurality of receiving radars in a bistatic surface-to-air radar environment in which a transmitting radar and a plurality of receiving radars are separated, the method comprising: receiving from the plurality of receiving radars Receiving function information obtained using a time Fourier transform of the signal and a Fourier transform of the transmit pulse; Calculating a spatial spectrum of a scattering point reflection coefficient using the obtained function information, position coordinates of the transmission radar and the plurality of reception radars, and a detection area center coordinate; Interpolating the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient to a baseband and then interpolating; And obtaining the image of the moving target by converting the interpolated data into the 2D inverse Fourier.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기한 방법을 수행하기 위한 일련의 명령어들을 포함하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a computer program stored in a medium containing a series of instructions for performing the above method.

본 발명에 따르면, 빔스캔(beam scan) 방식이 아닌 이미징(imaging) 기법에 의해 탐지 영역을 이미징하므로써 탐지 영역내에 이동하는 표적을 탐지 및 이미징할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage of detecting and imaging a target moving in the detection area by imaging the detection area by an imaging technique rather than a beam scan method.

또한, 본 발명에 따르면, 공중의 표적을 탐지하는 경우 감시(search) 시간이 많이 소요되는 빔스캔 방식에 비해, 이미징 기법을 적용하여 탐지 속도를 향상시킬 수 있으며 특히, 본 발명은 코히어런트 SAR 신호 처리 과정과 유사하여 저 RCS 이동 표적에 대한 탐지 및 영상 획득 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, compared to the beam scan method, which requires a long search time when detecting a target in the air, an imaging technique can be applied to improve the detection speed. In particular, the present invention provides a coherent SAR. Similar to signal processing, there is an advantage to improve detection and image acquisition performance for low RCS moving targets.

도 1은 지상을 나타내는 x축 및 고도를 나타내는 y축에 의해 표현된 바이스태틱 레이더 환경의 기하학적 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 송신 레이더 및 수신 레이더와 산란점과의 거리 각각을 근사화하기 위해 적용되는 planewave approximation을 나타낸다.
도 3은 k의 범위에 따른 산란점 반사계수 샘플값들의 도메인에서 차지하는 궤적을 도식화한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이동 표적 탐지 장치의 구성을 도시한 도면이다. 1 shows the geometry of a bistatic radar environment represented by the x-axis representing the ground and the y-axis representing the altitude.
2 shows a planewave approximation applied to approximate the distance between the transmitting radar and the receiving radar and the scattering point.
3 is a diagram illustrating a trajectory occupied in a domain of scattering point reflection coefficient sample values according to a range of k.
4 is a diagram showing the configuration of a moving target detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 빔스캔(beam scan) 방식이 아닌 이미징(imaging) 기법에 의해 탐지 영역을 이미징함으로써 탐지 영역 내에 이동하는 표적을 탐지 및 이미징할 수 있는 레이더 신호처리 알고리즘에 관한 것이다. The present invention relates to a radar signal processing algorithm capable of detecting and imaging a target moving in the detection area by imaging the detection area by an imaging technique rather than a beam scan method.

적용되는 환경은 송신 레이더와 수신 레이더가 분리되어 있는 바이스태틱 레이더 환경으로 지상에 배치된 다수의 수신 레이더들에 수신된 신호들을 코히어런트(coherent)하게 프로세싱해서 표적 영상을 얻게 된다. 특히 본 발명에 따른 알고리즘은 불규칙하게 배치되어 있는 수신 레이더들의 위치정보를 이용해서 알고리즘을 보상하는 방법을 포함한다. The applied environment is a bi-static radar environment in which the transmitting radar and the receiving radar are separated from each other and the signals received by the plurality of receiving radars placed on the ground are coherently processed to obtain a target image. In particular, the algorithm according to the present invention includes a method for compensating the algorithm by using the location information of irregularly arranged receiving radars.

본 발명에서 송신 레이더는 탐지하고자는 영역을 향해 빔을 송신하며 수신 레이더는 송신 레이더의 시공간(time-space) 동기(synchronization)가 맞추어지도록 조향(illumination) 방향을 조정한다고 가정한다. In the present invention, it is assumed that the transmitting radar transmits a beam toward the area to be detected and the receiving radar adjusts the steering direction so that the time-space synchronization of the transmitting radar is aligned.

도 1은 지상을 나타내는 x축 및 고도를 나타내는 y축에 의해 표현된 바이스태틱 레이더 환경의 기하학적 구조를 나타낸 것이다.1 shows the geometry of a bistatic radar environment represented by the x-axis representing the ground and the y-axis representing the altitude.

송신 레이더는

Figure pat00001
에 위치하여
Figure pat00002
의 중심을 가지는 탐지 영역을 향해 빔을 조향하고 있으며 N개의 수신 레이더는 지상에 위치하며 동시에 탐지 영역에서 산란된 표적신호를 수신하고 있다. Transmit radar
Figure pat00001
Located in
Figure pat00002
The beams are steered toward the detection area with the center of N, and the N receiving radars are located on the ground and simultaneously receive target signals scattered from the detection area.

송신 펄스가

Figure pat00003
에 위치한 산란점에 반사되어
Figure pat00004
에 위치한 수신부로 도달하는 수신신호
Figure pat00005
는 수학식 1과 같이 표현된다.Transmit pulse
Figure pat00003
Reflected by the scattering point at
Figure pat00004
Received signal reaching the receiver located at
Figure pat00005
Is expressed by Equation (1).

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서

Figure pat00007
는 전파속도,
Figure pat00008
는 송신 펄스,
Figure pat00009
는 산란점의 반사계수,
Figure pat00010
는 송신 펄스가 산란점에 반사되어 수신 레이더로 이동한 거리를 나타내며 수학식 2와 같이 표현된다.here
Figure pat00007
Is the propagation speed,
Figure pat00008
Transmit pulse,
Figure pat00009
Is the reflection coefficient of the scattering point,
Figure pat00010
Denotes the distance traveled by the transmission pulse to the scattering point to the receiving radar and is represented by Equation 2.

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서

Figure pat00012
는 송신 레이더와 산란점간의 거리,
Figure pat00013
는 산란점과 수신 레이더간의 거리를 나타낸다. here
Figure pat00012
Is the distance between the transmitting radar and the scattering point,
Figure pat00013
Denotes the distance between the scattering point and the receiving radar.

도 2의 (a)와 (b)는 각각

Figure pat00014
,
Figure pat00015
를 근사화하기 위해 적용되는 planewave approximation을 나타낸다. 산란점이 송수신 레이더의 far-field 영역에 존재하는 경우 레이더와 산란점간의 거리는 산란점의 위치를 레이더와
Figure pat00016
을 잇는 축에 projection 했을 때의 위치와 레이더의 위치 간의 거리로 근사화 될 수 있다. Planewave approximation을 적용하였을 때의
Figure pat00017
,
Figure pat00018
는 수학식3, 4와 같이 근사화된다.(A) and (b) of FIG. 2 are respectively
Figure pat00014
,
Figure pat00015
Represents the planewave approximation applied to approximate. If the scattering point exists in the far-field area of the transmitting and receiving radar, the distance between the radar and the scattering point is the position of the scattering point.
Figure pat00016
It can be approximated by the distance between the position of the projection and the position of the radar. When applying Planewave approximation
Figure pat00017
,
Figure pat00018
Is approximated as Equations 3 and 4.

Figure pat00019
Figure pat00019

여기서

Figure pat00020
는 산란점의 좌표
Figure pat00021
를
Figure pat00022
와
Figure pat00023
을 잇는 축에 projection 하였을 때의 값으로
Figure pat00024
를
Figure pat00025
로 정의하였을 때
Figure pat00026
는
Figure pat00027
로 표현된다. here
Figure pat00020
Is the coordinate of the scattering point
Figure pat00021
To
Figure pat00022
Wow
Figure pat00023
Is the value when projected onto the axis connecting
Figure pat00024
To
Figure pat00025
When defined as
Figure pat00026
The
Figure pat00027
Lt; / RTI >

Figure pat00028
Figure pat00028

여기서

Figure pat00029
은 산란점의 좌표
Figure pat00030
를
Figure pat00031
과
Figure pat00032
을 잇는 축에 projection 하였을 때의 값으로
Figure pat00033
를
Figure pat00034
로 정의하였을 때
Figure pat00035
는
Figure pat00036
로 표현된다. here
Figure pat00029
Is the coordinate of the scattering point
Figure pat00030
To
Figure pat00031
and
Figure pat00032
Is the value when projected onto the axis connecting
Figure pat00033
To
Figure pat00034
When defined as
Figure pat00035
The
Figure pat00036
Lt; / RTI >

수학식 3과 수학식 4를 이용해서

Figure pat00037
를 얻은 후 수학식 1에 대입하고
Figure pat00038
를
Figure pat00039
에 관해 퓨리에 변환한
Figure pat00040
는 수학식 5와 같이 표현된다.Using Equations 3 and 4
Figure pat00037
After substituting, substitute in Equation 1
Figure pat00038
To
Figure pat00039
About Fourier Converted
Figure pat00040
Is expressed as in Equation 5.

Figure pat00041
Figure pat00041

여기서

Figure pat00042
,
Figure pat00043
는
Figure pat00044
의 퓨리에 변환을 나타내며
Figure pat00045
는
Figure pat00046
의
Figure pat00047
와
Figure pat00048
에 관한 2차원 공간 스펙트럼이다. 최종적으로 수학식 5를 변형하여 수학식 6을 얻을 수 있다.here
Figure pat00042
,
Figure pat00043
The
Figure pat00044
Represents the Fourier transform of
Figure pat00045
The
Figure pat00046
of
Figure pat00047
Wow
Figure pat00048
Is a two-dimensional spatial spectrum of. Finally, Equation 5 may be modified to obtain Equation 6.

Figure pat00049
Figure pat00049

수학식 6에서

Figure pat00050
,
Figure pat00051
및 exponential 함수에 포함된 모든 파라메타 값들은 주어져 있는 값이므로 산란점의 좌표, 반사계수 정보를 가지고 있는
Figure pat00052
를 계산할 수 있다.
Figure pat00053
의 2차원 퓨리에 변환 도메인을
Figure pat00054
라 하자. In Equation (6)
Figure pat00050
,
Figure pat00051
All parameter values included in the exponential and exponential functions are given values and thus have scattering point coordinates and reflection coefficient information.
Figure pat00052
Can be calculated.
Figure pat00053
Two-dimensional Fourier transform domain
Figure pat00054
Let's say.

도 3은

Figure pat00055
의 범위가
Figure pat00056
인 경우 모든 수신 레이더로부터 얻은
Figure pat00057
샘플값들의 도메인에서 차지하는 궤적을 도식화한 도면이다. 3,
Figure pat00055
Range of
Figure pat00056
Is obtained from all receiving radars
Figure pat00057
It is a figure which shows the trajectory which occupies in the domain of sample values.

Figure pat00058
값은
Figure pat00059
의 대역폭에 의해 결정되는 범위를 가지므로 각 수신 레이더에 대해서 하나의 line segment가 대응된다.
Figure pat00058
The value is
Figure pat00059
Since one has a range determined by the bandwidth of, one line segment corresponds to each receiving radar.

수학식 6을 통해 획득한

Figure pat00060
를 2차원 역퓨리에 변환(2D inverse Fourier transform) 하여
Figure pat00061
를 얻기 위해서는 다음의 과정을 거쳐야한다. Obtained through Equation 6
Figure pat00060
Is a 2D inverse Fourier transform
Figure pat00061
To get it, you have to go through the following process.

도 3을 참조하면,

Figure pat00062
는 송신 레이더의 위치와 수신 레이더의 위치에 의해 회전되어 있는 것을 확인할 수 있다.
Referring to Figure 3,
Figure pat00062
It can be seen that is rotated by the position of the transmitting radar and the position of the receiving radar.

퓨리에 변환의 회전 성질에 의해

Figure pat00063
를 단순히 역퓨리에 변환한다면 스펙트럼이 회전된 만큼 산란점이 비틀어지는 현상이 발생하게 된다. By the rotational properties of the Fourier transform
Figure pat00063
If we simply transform inverse Fourier, the scattering point is distorted as the spectrum is rotated.

그러므로

Figure pat00064
과 수신 레이더의 중심(복수의 수신 레이더들의 위치 중심)에 의해 이루는 각도를
Figure pat00065
라고 하였을 때
Figure pat00066
만큼
Figure pat00067
를 반시계방향으로 회전시킨 후
Figure pat00068
축,
Figure pat00069
축 방향으로 각각
Figure pat00070
,
Figure pat00071
만큼 이동하여 기저대역으로 위치시켜야 한다. therefore
Figure pat00064
And the angle formed by the center of the receiving radar (the center of position of multiple receiving radars)
Figure pat00065
When you say
Figure pat00066
as much as
Figure pat00067
Rotate to counterclockwise
Figure pat00068
shaft,
Figure pat00069
Each in axial direction
Figure pat00070
,
Figure pat00071
Move to the baseband.

다음으로 기저대역으로 이동한

Figure pat00072
의 샘플들은
Figure pat00073
도메인에서 polar 형태 위치에서의 값이므로 2차원 역퓨리에 변환을 하기 위해 일정한 간격의 격자 구조를 갖는 rectangular grid에서의 값으로 인터폴레이션(interpolation)을 해야 한다. 여기서 grid의 간격은 탐지 반경
Figure pat00074
에 의해 결정되며 다음 수학식 8과 같은 관계로 표현된다.Then moved to the baseband
Figure pat00072
Samples of
Figure pat00073
Since the value is at the polar position in the domain, in order to perform the 2D inverse Fourier transformation, the interpolation should be performed on the rectangular grid having a regular interval lattice structure. Where the grid spacing is the detection radius
Figure pat00074
It is determined by the following equation.

Figure pat00075
Figure pat00075

수학식 8을 통해 탐지 영역의 반경을 넓히기 위해서는

Figure pat00076
의 간격은 작아져야 한다. 즉 기저대역 함수로부터 얻을 수 있는
Figure pat00077
축에서의 샘플 간격
Figure pat00078
,
Figure pat00079
는
Figure pat00080
보다 작아야 인터폴레이션 오차가 작아지며 이를 만족하지 못하면 복원 영상에 왜곡이 생긴다. In order to increase the radius of the detection area through Equation 8
Figure pat00076
Should be small. That is, from the baseband function
Figure pat00077
Sample spacing on the axis
Figure pat00078
,
Figure pat00079
The
Figure pat00080
If smaller, the interpolation error becomes smaller, and if it is not satisfied, distortion of the reconstructed image occurs.

본 발명의 바람직한 일 실시에에 따른 시스템은 수신 레이더의 고도가 존재하거나 균일하게 배열되어 있지 않은 경우에서도 적용이 가능하다. The system according to one preferred embodiment of the present invention is applicable even when the altitude of the receiving radar is present or not evenly arranged.

수신 레이더가

Figure pat00081
에 위치해 있다고 하자. 여기서
Figure pat00082
는 수신 레이더의
Figure pat00083
축 선상의 실제 위치와 균일한 배열일 경우의 위치 간의 오차를 나타내고
Figure pat00084
는 고도가 0이 아닌, 즉
Figure pat00085
인 경우이다. 이 경우 수학식 4의
Figure pat00086
는 다음과 같다.Receive radar
Figure pat00081
Let's say it's located at here
Figure pat00082
Of the receiving radar
Figure pat00083
Shows the error between the actual position on the axis line and the position in the uniform arrangement
Figure pat00084
Is not equal to zero,
Figure pat00085
. In this case, Equation 4
Figure pat00086
Is as follows.

Figure pat00087
Figure pat00087

여기서,

Figure pat00088
는
Figure pat00089
이다. here,
Figure pat00088
The
Figure pat00089
to be.

수신 레이더의 위치

Figure pat00090
가 미리 주어져 있다면 수학식 9에서와 같이,
Figure pat00091
가 바뀌어 위치가 보상된 최종 수식은 다음과 같다. Receive Radar Location
Figure pat00090
If is given in advance, as in Equation 9,
Figure pat00091
The final equation whose position is compensated by changing is as follows.

Figure pat00092
Figure pat00092

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 상기한 바를 토대로 수신 레이더의 신호처리 과정이다. 4 is a signal processing procedure of a receiving radar based on the above-described bar according to an embodiment of the present invention.

도 4는 송신 레이더와 복수의 수신 레이더가 분리된 바이스태틱 레이더 환경에서 복수의 수신 레이더와 연결된 이동 표적 장치의 구성을 도시한 도면이다. 4 is a diagram illustrating a configuration of a mobile target apparatus connected to a plurality of receiving radars in a bistatic radar environment in which a transmitting radar and a plurality of receiving radars are separated.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이동 표적 장치는 함수 획득부(400), 공간 스펙트럼 계산부(402), 파라미터 저장부(404), 보간부(406) 및 2D IFFT부(408)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4, the moving target device according to the present embodiment includes a function acquisition unit 400, a spatial spectrum calculator 402, a parameter storage unit 404, an interpolator 406, and a 2D IFFT unit 408. ) May be included.

도 4에 도시된 바와 같이 하나의 수신 레이더에서는 수신된 신호

Figure pat00093
의 시간 퓨리에 변환 함수
Figure pat00094
을 송신 펄스신호의 퓨리에 변환인
Figure pat00095
로 나누고 이때 얻어진 함수를 중앙처리부인 CP(central process) 로 전송한다. As shown in FIG. 4, a signal received in one reception radar
Figure pat00093
Time Fourier transform function
Figure pat00094
Fourier transform of the transmitted pulse signal
Figure pat00095
Divide by, and send the obtained function to the central processing unit (CP).

여기서, 중앙처리부인 CP가 본 실시예에 따른 이동 표적 탐지 장치이며, CP의 함수 획득부(400)는 복수의 수신 레이더 각각이 수신하는 수신 신호와 상기 송신 레이더의 송신 펄스의 퓨리에 변환을 통해 함수 정보를 획득한다. Here, the CP, which is a central processing unit, is a moving target detection apparatus according to the present embodiment, and the function obtaining unit 400 of the CP functions by performing Fourier transform of a received signal received by each of a plurality of receiving radars and a transmission pulse of the transmitting radar. Obtain information.

여기서, 함수 정보는 수신 신호의 시간 퓨리에 변환 함수를 송신 펄스의 퓨리에 변환으로 나눈 것으로 정의된다. Here, the function information is defined as the time Fourier transform function of the received signal divided by the Fourier transform of the transmission pulse.

공간 스펙트럼 계산부(402)는 각 수신 레이더로부터 수신한 함수 정보인

Figure pat00096
와 파라미터 저장부(404)에 저장된 각 송수신 레이더들의 위치 좌표 및 탐지 영역 중심 좌표를 이용해서 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼인
Figure pat00097
를 계산한다. Spatial spectrum calculation unit 402 is a function information received from each receiving radar
Figure pat00096
And the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient using the position coordinates of the transmission / reception radars and the detection area center coordinates stored in the parameter storage unit 404.
Figure pat00097
.

보간부(406)는 그리고

Figure pat00098
를 기저대역으로 이동시킨 후 인터폴레이션 과정을 수행한다. The interpolator 406 and
Figure pat00098
After moving to baseband, perform interpolation process.

여기서, 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼은 탐지 영역의 중심 좌표와 복수의 수신 레이더의 중심이 이루는 각도 및 송신 레이더와 상기 탐지 영역 중심 좌표가 이루는 각도를 이용하여 기저대역으로 이동한다. Here, the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient is shifted to the baseband using an angle formed by the center coordinates of the detection area and the centers of the plurality of receiving radars and an angle formed by the transmission radar and the detection area center coordinates.

또한, 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼의 기저대역으로의 이동은 산란점 좌표의 2차원 퓨리에 변환 도메인 상에서 수행된다. In addition, the shift of the scattering point reflection coefficient to the baseband of the spatial spectrum is performed on the two-dimensional Fourier transform domain of the scattering point coordinates.

2D IFFT부(408)는 보간된 데이터를 2차원 역퓨리에 변환하여 이동 표적의 영상을 획득한다. The 2D IFFT unit 408 converts the interpolated data into a two-dimensional inverse Fourier to obtain an image of the moving target.

또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 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), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 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 본 발명의 일 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape; optical media such as CD-ROMs and DVDs; magnetic media such as floppy disks; Examples of program instructions, such as magneto-optical and ROM, RAM, flash memory and the like, can be executed by a computer using an interpreter or the like, as well as machine code, Includes a high-level language code. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform operations of one embodiment of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific elements, and limited embodiments and drawings. However, it should be understood that the present invention is not limited to the above- Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

Claims (10)

송신 레이더와 복수의 수신 레이더가 분리된 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서 이동 표적을 탐지하는 장치로서,
상기 송신 레이더 및 상기 복수의 수신 레이더의 위치 좌표, 탐지 영역 중심 좌표를 저장하는 파라미터 저장부;
상기 복수의 수신 레이더 각각이 수신하는 수신 신호와 상기 송신 레이더의 송신 펄스의 퓨리에 변환을 통해 함수 정보를 획득하는 함수 획득부;
상기 획득된 함수 정보, 상기 위치 좌표 및 상기 탐지 영역 중심 좌표를 이용하여 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 계산하는 공간 스펙트럼 계산부;
상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 기저대역으로 이동시킨 후 보간하는 보간부; 및
상기 보간된 데이터를 2차원 역퓨리에 변환하여 이동 표적의 영상을 획득하는 2차원 역퓨리에 변화부를 포함하는 이동 표적 탐지 장치. A device for detecting a moving target in a bistatic surface-to-air radar environment in which a transmitting radar and a plurality of receiving radars are separated,
A parameter storage unit for storing position coordinates of the transmitting radar and the plurality of receiving radars, and a center of detection area;
A function obtaining unit obtaining function information through Fourier transform of a received signal received by each of the plurality of receiving radars and a transmission pulse of the transmitting radar;
A spatial spectrum calculator for calculating a spatial spectrum of a scattering point reflection coefficient using the obtained function information, the position coordinates, and the detection region center coordinates;
An interpolation unit for interpolating the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient to a baseband; And
And a two-dimensional inverse Fourier transform unit for obtaining the image of the moving target by converting the interpolated data into the two-dimensional inverse Fourier. 제1항에 있어서,
상기 함수 정보는 상기 수신 신호의 시간 퓨리에 변환 함수를 상기 송신 펄스의 퓨리에 변환으로 나눈 것으로 정의되는 이동 표적 탐지 장치.The method of claim 1,
Wherein the function information is defined as the time Fourier transform function of the received signal divided by the Fourier transform of the transmit pulse. 제1항에 있어서,
상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼은 상기 탐지 영역의 중심 좌표와 상기 복수의 수신 레이더의 중심이 이루는 각도 및 상기 송신 레이더와 상기 탐지 영역 중심 좌표가 이루는 각도를 이용하여 상기 기저대역으로 이동되는 이동 표적 탐지 장치. The method of claim 1,
The spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient is moved to the baseband using an angle formed by the center coordinates of the detection area and the centers of the plurality of receiving radars and an angle formed by the transmission radar and the detection area center coordinates. Detection device. 제3항에 있어서,
상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼의 기저대역으로의 이동은 상기 산란점 좌표의 2차원 퓨리에 변환 도메인 상에서 수행되는 이동 표적 탐지 장치. The method of claim 3,
Moving the scattering point reflection coefficient to the baseband of the spatial spectrum is performed on a two-dimensional Fourier transform domain of the scattering point coordinates. 제1항에 있어서,
상기 기저대역으로 이동한 상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼은 polar 형태를 가지며, 상기 보간부는, 상기 기저대역으로 이동한 상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 사각형 그리드에서의 값으로 보간하는 이동 표적 탐지 장치. The method of claim 1,
The spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient shifted to the baseband has a polar form, and the interpolation unit detects a moving target interpolating the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient shifted to the baseband to a value in a rectangular grid. Device. 제5항에 있어서,
상기 그리드의 간격은 상기 송신 레이더의 탐지 반경에 반비례하게 결정되는 이동 표적 탐지 장치.The method of claim 5,
And the spacing of the grid is determined in inverse proportion to the detection radius of the transmitting radar. 송신 레이더와 복수의 수신 레이더가 분리된 바이스태틱 지대공 레이더 환경에서 상기 복수의 수신 레이더와 연결되는 장치에서의 이동 표적을 탐지하는 방법으로서,
상기 복수의 수신 레이더로부터 수신 신호의 시간 퓨리에 변환과 송신 펄스의 퓨리에 변환을 이용하여 획득된 함수 정보를 수신하는 단계;
상기 획득된 함수 정보, 상기 송신 레이더 및 상기 복수의 수신 레이더의 위치 좌표, 탐지 영역 중심 좌표를 이용하여 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 계산하는 단계;
상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 기저대역으로 이동시킨 후 보간하는 단계; 및
상기 보간된 데이터를 2차원 역퓨리에 변환하여 이동 표적의 영상을 획득하는 단계를 포함하는 이동 표적 탐지 방법. A method for detecting a moving target in a device connected to a plurality of receiving radars in a bistatic surface-to-air radar environment in which a transmitting radar and a plurality of receiving radars are separated,
Receiving function information obtained by using a Fourier transform of a received signal and a Fourier transform of a transmission pulse from the plurality of receiving radars;
Calculating a spatial spectrum of a scattering point reflection coefficient using the obtained function information, position coordinates of the transmission radar and the plurality of reception radars, and a detection area center coordinate;
Interpolating the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient to a baseband and then interpolating; And
And moving the interpolated data into a two-dimensional inverse Fourier transform to obtain an image of the moving target. 제7항에 있어서,
상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼은 상기 탐지 영역의 중심 좌표와 상기 복수의 수신 레이더의 중심이 이루는 각도 및 상기 송신 레이더와 상기 탐지 영역 중심 좌표가 이루는 각도를 이용하여 상기 기저대역으로 이동되는 이동 표적 탐지 방법. The method of claim 7, wherein
The spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient is moved to the baseband using an angle formed by the center coordinates of the detection area and the centers of the plurality of receiving radars and an angle formed by the transmission radar and the detection area center coordinates. Detection method. 제7항에 있어서,
상기 산란점 반사계수의 공간 스펙트럼을 기저대역으로의 이동은 상기 산란점 위치의 2차원 퓨리에 변환 도메인 상에서 수행되는 이동 표적 탐지 방법. The method of claim 7, wherein
Moving the spatial spectrum of the scattering point reflection coefficient to baseband is performed on a two-dimensional Fourier transform domain of the scattering point position. 제7항에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령어들을 포함하는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.



A computer program stored on a medium containing a series of instructions for performing a method according to claim 7.



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