KR20220168727A - 레이더 시스템에서 표적으로부터 반사된 레이더 신호를 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시에 따르면, 레이더 시스템에서, 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 반사 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러(range-doppler) 맵을 생성하는 장치는 전체 거리 빈(range bin)으로 구분되는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 거리 빈 결정기, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출하고, 상기 복소 데이터에 관한 엔트로피에 기반하여 상기 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하는 위상 보상 결정기, 및 상기 위상 보상 값들에 기반하여 상기 거리 정렬된 신호 데이터의 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 맵 생성기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈의 개수는 상기 전체 거리 빈의 개수 보다 작도록 결정될 수 있다.
Description
본 개시(disclosure)는 일반적으로 표적으로부터 반사된 레이더 신호를 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하는 레이더 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러 맵을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이더(radar)는 표적에 무선 주파수 신호를 송신하고, 표적으로부터 반사된 반사파를 수신하여 레이더와 표적 사이의 거리 또는 표적의 형상에 관한 정보를 획득하는 장치를 지시한다. 그에 따라, 레이더는 적군의 미사일 또는 항공기 등의 표적을 추적하는 군용 장치로 널리 이용되고 있다.
레이더는 일반적으로 RF(radio frequency) 신호 기반의 마이크로파 대역의 초고주파 레이더 센서를 이용하여 표적을 탐지하고 추적하여, 표적에 관한 정보를 획득한다. 일 예에 따르면, 레이더 시스템은 거리-도플러 맵(range-doppler map, RD map)을 생성하여, 거리-도플러 맵으로부터 표적에 관한 정보를 획득한다. 레이더는 선형 변조된 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사된 신호를 수신하여, 수신 신호의 복수의 펄스들로부터 표적과의 거리 정보를 획득한다. 이후, 레이더는 거리 정보가 동일하게 정렬된 각각의 펄스 신호들을 모아 도플러 방향으로 푸리에 변환(fourier transform)을 적용하여 2차원 거리-도플러 맵을 생성한다. 도플러 주파수는 속도로 환산될 수 있으므로, 레이더는 2차원의 거리-도플러 맵에서 표적의 거리 및 속도를 각각 획득하여, 표적을 용이하게 탐지 및 추적할 수 있고, 2차원 거리-도플러 맵에 따른 형상을 통하여 표적의 산란 패턴을 확인할 수 있다.
거리-도플러 맵을 생성하기 위하여, 레이더의 신호 처리 장치는 복수의 펄스들이 수신되는 동안에 발생하는 표적의 이동 거리를 보상하고 거리 빈(range bin)을 이용하여 위치를 정렬한다. 즉, 각 펄스 및 표적 마다 속도에 의한 위상 변이를 보상한 후 도플러 처리를 해야 명확한 거리-도플러 맵이 획득될 수 있다.
그러나, 표적의 거리 및 속도를 정확히 파악하는 것은 현실적으로 불가능 하므로, 표적의 실제 속도와 위상 보상에 사용되는 속도 사이에 오차가 발생할 수 있다. 특히, 속도가 상대적으로 빠른 공중 표적의 경우, 실제 속도와 위상 보상에 사용되는 속도 사이의 오차가 발생할 확률이 더 높다. 종래에 따르면, 신호 처리 장치는 표적의 정밀한 산란 패턴을 확인하기 위하여, 고거리 해상도 혹은 고도플러 해상도를 사용하였다. 즉, 신호 처리 장치는 수신 대역을 넓히거나 획득하는 펄스의 개수를 증가시켜 신호를 처리 함으로써, 공중 표적에 관한 정보를 획득할 수 있었다. 그러나, 위상 보상 이후 각각의 산란 점에 존재하는 위상 보정 잔여 오차 값이 대역과 도플러 해상도에 비례하여 더욱 증가되므로, 도플러 방향의 신호가 제대로 압축되지 않아 정밀하고 빠르게 거리-도플러 맵을 획득하기 어려운 문제가 있었다. 이에 대응하여, 현재 거리-도플러 맵을 정확하고 빠르게 생성하기 위한 기술이 요구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러 맵을 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 적어도 하나의 거리 빈(range bin)을 이용하여 결정된 위상 값을 전체 거리 빈을 이용한 위상 값에 적용함으로써, 거리-도플러 맵을 빠르게 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 개시는 엔트로피 최소화를 통해 표적의 거리 및 속도로 인해 발생한 운동 보상에 필요한 위상 값을 결정함으로써, 거리-도플러 맵을 정확하게 생성하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 레이더 시스템에서, 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 반사 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러(range-doppler) 맵을 생성하는 장치는 전체 거리 빈(range bin)으로 구분되는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 거리 빈 결정기, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출하고, 상기 복소 데이터에 관한 엔트로피에 기반하여 상기 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하는 위상 보상 결정기, 및 상기 위상 보상 값들에 기반하여 상기 거리 정렬된 신호 데이터의 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 맵 생성기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈의 개수는 상기 전체 거리 빈의 개수 보다 작은 경우를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 거리 빈 결정기는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 평균 값들을 결정하고, 상기 평균 값들의 크기가 큰 순서로 상기 전체 거리 빈의 제1 우선 순위를 결정하고, 상기 제1 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 거리 빈 결정기는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 표준 편차 값들을 결정하고, 상기 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서로 상기 전체 거리 빈의 제2 우선 순위를 결정하고, 상기 제2 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 엔트로피는 뜨살리스(tsallis) 엔트로피, 섀넌(shannon) 엔트로피 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 보상 결정기는, 제1 위상 보상 값을 초기화하고, 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터와 상기 제1 위상 보상 값에 기반하여, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에 관한 엔트로피를 결정하고, 상기 엔트로피가 최소가 되는 제2 위상 보상 값을 결정하고, 상기 제2 위상 보상 값과 상기 제1 위상 보상 값의 차이가 미리 설정된 임계 값보다 작은지 여부를 식별하고, 상기 제2 위상 보상 값과 상기 제1 위상 보상 값의 차이가 임계 값보다 작은 경우, 제2 위상 보상 값을 출력할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 보상 결정기는 상기 제2 위상 보상 값과 상기 제1 위상 보상 값의 차이가 임계 값 이상인 경우, 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터와 상기 제2 위상 보상 값에 기반하여, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에 관한 엔트로피를 결정하고, 상기 엔트로피가 최소가 되는 제3 위상 보상 값을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레이더 시스템에서, 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 반사 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러(range-doppler) 맵을 생성하는 장치의 동작 방법은 전체 거리 빈(range bin)으로 구분되는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 단계, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출하고, 상기 복소 데이터에 관한 엔트로피에 기반하여 상기 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하는 단계, 및 상기 위상 보상 값들에 기반하여 상기 거리 정렬된 신호 데이터의 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈의 개수는 상기 전체 거리 빈의 개수 보다 작은 경우를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 중요 거리 빈을 결정하는 단계는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 평균 값들을 결정하는 단계, 상기 평균 값들의 크기가 큰 순서로 상기 전체 거리 빈의 제1 우선 순위를 결정하는 단계, 및 상기 제1 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 중요 거리 빈을 결정하는 단계는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 표준 편차 값들을 결정하는 단계, 상기 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서로 상기 전체 거리 빈의 제2 우선 순위를 결정하는 단계, 및 상기 제2 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 실시 예에 따르면, 상기 엔트로피는 뜨살리스(tsallis) 엔트로피, 섀넌(shannon) 엔트로피 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 각각의 측면들 및 특징들은 첨부된 청구항들에서 정의된다. 종속 청구항들의 특징들의 조합들(combinations)은, 단지 청구항들에서 명시적으로 제시되는 것뿐만 아니라, 적절하게 독립항들의 특징들과 조합될 수 있다.
또한, 본 개시에 기술된 임의의 하나의 실시 예(any one embodiment) 중 선택된 하나 이상의 특징들은 본 개시에 기술된 임의의 다른 실시 예 중 선택된 하나 이상의 특징들과 조합될 수 있으며, 이러한 특징들의 대안적인 조합이 본 개시에 논의된 하나 이상의 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키거나, 본 개시로부터 통상의 기술자에 의해 식별될 수 있는(discernable) 기술적 문제를 적어도 부분적으로 경감시키고, 나아가 실시 예의 특징들(embodiment features)의 이렇게 형성된 특정한 조합(combination) 또는 순열(permutation)이 통상의 기술자에 의해 양립 불가능한(incompatible) 것으로 이해되지만 않는다면, 그 조합은 가능하다.
본 개시에 기술된 임의의 예시 구현(any described example implementation)에 있어서 둘 이상의 물리적으로 별개의 구성 요소들은 대안적으로, 그 통합이 가능하다면 단일 구성 요소로 통합될 수도 있으며, 그렇게 형성된 단일한 구성 요소에 의해 동일한 기능이 수행된다면, 그 통합은 가능하다. 반대로, 본 개시에 기술된 임의의 실시 예(any embodiment)의 단일한 구성 요소는 대안적으로, 적절한 경우, 동일한 기능을 달성하는 둘 이상의 별개의 구성 요소들로 구현될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시 예들(certain embodiments)의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점 및/또는 단점들 중 적어도 하나를, 적어도 부분적으로, 해결, 완화 또는 제거하는 것에 있다. 특정 실시 예들(certain embodiments)은 후술하는 장점들 중 적어도 하나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러 맵을 생성함으로써, 표적에 관한 정보를 획득할 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 알고리즘의 가속화 기법을 이용하여 연산 시간을 감소시킴으로써, 레이더 센서의 연산 자원을 효율적으로 관리하고 실시간 대응 능력을 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은 엔트로피 최소화를 통해 표적의 거리 및 속도로 인해 발생한 운동 보상에 필요한 위상 값을 결정함으로써, 표적의 거리, 속도 및 산란 패턴에 대한 정보를 정확하게 획득할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 신호 처리기의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵 생성 장치의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 엔트로피 최소화를 통해 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 중요 거리 빈을 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵 생성 장치의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 위상 보상 값을 결정하기 위한 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적 모델링의 일 예를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적에 관한 거리-도플러 맵의 일 예를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적에 관한 거리-도플러 맵의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 신호 처리기의 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵 생성 장치의 블록도를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 엔트로피 최소화를 통해 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 중요 거리 빈을 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵 생성 장치의 동작 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 위상 보상 값을 결정하기 위한 방법에 관한 흐름도를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적 모델링의 일 예를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적에 관한 거리-도플러 맵의 일 예를 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적에 관한 거리-도플러 맵의 일 예를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 레이더 시스템에서 거리-도플러 맵을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 레이더 시스템에서 거리-도플러 맵을 정확하고 빠르게 생성하기 위한 기술을 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 특정 조건의 만족(satisfied), 충족(fulfilled) 여부를 판단하기 위해, 초과 또는 미만의 표현이 사용되었으나, 이는 일 예를 표현하기 위한 기재일 뿐 이상 또는 이하의 기재를 배제하는 것이 아니다. '이상'으로 기재된 조건은 '초과', '이하'로 기재된 조건은 '미만', '이상 및 미만'으로 기재된 조건은 '초과 및 이하'로 대체될 수 있다.
이하 사용되는 '…부', '…기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 거리 도플러 맵 생성 장치 통신부, 저장부, 제어부를 포함할 수 있다. 저장부, 통신부, 제어부는 적어도 하나의 프로세서에 기능적으로 결합되어 동작할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템(100)을 도시한다. 레이더 시스템(100)은 레이더 센서(110)와 표적(160)을 포함할 수 있다. 레이더 시스템(100)에 따르면 레이더 센서(110)는 레이더에서 송신한 초고주파 신호가 표적으로부터 산란되는 수신 신호를 이용하여 표적의 정보를 추출할 수 있다. 도 1은 레이더 시스템에 레이더 센서(110)와 표적(160)이 각각 하나인 경우를 도시하지만, 레이더 센서와 표적의 개수는 상황에 따라 복수로 존재할 수 있다.
레이더 시스템(100)에 따르면, 레이더 센서(110)는 표적을 탐지 또는 추적하기 위한 기능을 수행한다. 레이더 센서(110)는 표적(160)에 RF(radio frequency) 신호를 송신하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신한다. 레이더 센서(110)는 반사된 수신 신호를 이용하여 레이더 센서(110)와 표적(160) 사이의 거리 또는 표적의 형상에 관한 정보를 획득할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레이더 센서(110)는 레이더 신호를 송신하기 위하여 기저 대역(base band) 신호 및 비트 열 간 변환 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 레이더 센서(110)는 데이터를 송신하는 경우, 송신 비트 열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성할 수 있다. 레이더 센서(110)는 위상을 변조하기 위하여 주파수를 합성하는 주파수 합성기(111), 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향 변환하는 송신기(113), 및 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이(antenna array)를 이용하여 레이더 신호를 송신하는 송신 안테나(115)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 레이더 센서(110)는 송신 안테나(115)를 통하여 표적에 레이더 신호를 송신할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 레이더 센서(110)는 표적으로부터 반사된 RF 신호를 수신하여 표적에 관한 정보를 획득할 수 있다. 레이더 센서(110)는 안테나 요소들로 구성된 적어도 하나의 안테나 어레이를 이용하여 표적으로부터 반사된 RF 신호를 수신하는 수신 안테나(117), RF 대역 신호를 기저 대역 신호로 하향 변환하는 수신기(119), 하향 변환된 신호를 처리하는 신호 처리기(121)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 레이더 센서(110)는 기저 대역 신호를 복조 및 복호화하여 수신 비트 열을 복원할 수 있다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도(200)를 도시한다.
도 2를 참고하면, 신호 처리기(121)는 표적으로부터 반사되는 레이더 신호인 수신 신호(201)를 획득한다. 레이더 센서(110)는 선형 변조된 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호를 표적으로 송신하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신할 수 있다. 그에 따라, 레이더 신호는 M개의 펄스들을 포함할 수 있고, 신호 처리기(121)는 M개의 펄스를 포함하는 수신 신호(201)를 전달받을 수 있다.
이후, 신호 처리기(121)는 수신한 신호를 처리하여 신호 데이터(203)를 획득할 수 있다. 신호 처리기(121)는 수신 신호(201)에 펄스 압축이나 스트래치(stretche) 프로세싱을 적용하여 거리 정보에 관한 신호 데이터(203)를 생성할 수 있다. 여기서, 신호 데이터는 신호 행렬로 표현되고, 신호 데이터의 값은 복소 값들을 포함할 수 있다. 또한, 신호 데이터의 크기는 레이더 신호에 포함된 펄스의 개수 M과 전체 거리 빈(range bin)의 개수 N 에 기반하여 결정될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 신호 데이터는 M x N 크기의 행렬로 결정될 수 있다.
이후, 신호 처리기(121)는 신호 데이터(203)에서 거리 빈 단위로 신호 데이터의 중심을 일치시키는 거리 정렬을 수행하여 거리 정렬된 신호 데이터(205)를 획득할 수 있다. 표적에 관한 정보를 포함하는 복소 데이터의 크기는 표적에 관한 정보를 포함하지 않는 복소 데이터의 크기보다 크다. 따라서, 신호 처리기(121)는 신호 데이터에 포함된 복소 데이터의 크기를 비교하고, 표적에 관한 거리 정보를 일치시킴으로써 거리 정렬된 신호 데이터를 생성할 수 있다. 그에 따라 거리 정렬된 신호 데이터는 M x N 크기로 결정될 수 있다.
이후, 신호 처리기(121)는 거리 정렬된 신호 데이터(205)를 푸리에 변환(fourier transform)하여 거리-도플러 맵(207)을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 신호 처리기(121)는 거리 정렬된 신호 데이터(205)에 도플러 방향의 푸리에 변환을 적용할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 신호 처리기(121)는 거리 정렬된 신호 데이터에서 각각의 펄스에 대응되는 속도 오차에 따른 위상 보상 값들을 이용하여 오차를 보상한 후에, 도플러 방향의 푸리에 변환을 적용할 수 있다. 레이더 센서의 사용자는 생성된 거리-도플러 맵을 이용하여, 표적에 관한 거리 및 속도 정보를 획득할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 신호 처리기(121)의 구성(300)을 도시한다.
도 3을 참고하면, 신호 처리기(121)는 레이더 센서(110)가 표적으로부터 반사된 레이더 신호를 수신한 경우, 수신된 신호를 처리하여 표적에 관한 정보를 획득하는 기능을 수행한다. 즉, 신호 처리기(121)는 레이더 신호를 처리하여 신호 데이터를 생성하고, 신호 데이터로부터 표적에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 신호 데이터는 신호 행렬로 표현될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 신호 처리기(121)는 신호 데이터 생성 장치(311), 거리-도플러 맵 생성 장치(361)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이하에서 신호 처리기(121)의 구성에, 신호 데이터 생성 장치(311)와 거리-도플러 맵 생성 장치(361)가 포함된 경우가 예시되어 있으나, 신호 데이터 생성 장치(311)와 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 신호 처리기(121)와 구분되는 별도의 장치로 구성되고, 신호 처리기(121)와 연결되어 동작할 수 있다.
신호 데이터 생성 장치(311)는 레이더 신호로부터 거리 정렬된 신호 데이터를 생성하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 신호 데이터 생성 장치(311)는 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호에 펄스 압축 방식이나 스트래치 프로세싱을 적용하여 신호 데이터를 생성하고, 거리 빈 단위로 신호 데이터의 중심을 일치시키는 거리 정렬을 수행할 수 있다. 이 때, 신호 데이터는 신호 행렬로 표현될 수 있고, 신호 행렬의 크기는 레이더 신호에 포함된 펄스의 개수와 거리 빈의 개수에 기반하여 결정될 수 있다. 신호 데이터 생성 장치(311)는 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 거리-도플러 맵 생성 장치(361)로 출력한다.
거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하는 기능을 수행한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 복수의 펄스 신호들을 모아 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 도플러 방향으로 푸리에 변환하여 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다. 이 때, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터에서 엔트로피 최소화 기법을 이용하여 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 빈 결정기(371), 위상 보상 값 결정기(373), 맵 생성기(375)를 포함한다.
거리 빈 결정기(371)는 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 복수의 전체 거리 빈들 중에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 추출하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리 빈 결정기(371)는 신호 데이터를 분석하여 표적의 산란 패턴 정보를 크게 가지고 있을 것 이라고 판단되는 거리 빈을 추출하는 기능을 수행한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 중요 거리 빈을 이용하여 위상 보상 값을 결정함으로써, 위상 보상 값을 위해 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다. 거리 빈 결정기(371)는 결정된 중요 거리 빈을 위상 보상 값 결정기(373)로 출력한다.
위상 보상 값 결정기(373)는 거리 정렬된 신호 데이터와 중요 거리 빈을 이용하여, 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하는 기능을 수행한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 보상 값 결정기(373)는 중요 거리 빈들에서 펄스들 각각에 관한 복소 데이터를 이용하여, 속도 오차에 따른 위상 보상 값을 결정한다. 그에 따라, 위상 보상 값 결정기(373)는 펄스의 개수만큼의 위상 보상 값들을 결정할 수 있다. 위상 보상 값 결정기(373)는 생성된 위상 보상 값들을 맵 생성기(375)로 출력한다.
맵 생성기(375)는 거리 정렬된 신호 데이터와 위상 보상 값들을 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하는 기능을 수행한다. 맵 생성기(375)는 거리 정렬된 신호 데이터에 위상 보상 값들을 적용함으로써 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 맵 생성기(375)는 복수의 펄스 신호를 모아 생성된 거리 정렬된 신호 데이터에 결정된 위상 보상 값들을 곱셈 적용하여 보상한 이후, 도플러 방향으로 푸리에 변환을 적용하여 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵 생성 장치의 블록도(400)를 도시한다. 도 3은 거리-도플러 맵 생성 장치(361)의 동작 방법에 관한 모식도를 예시한다.
도 4를 참고하면, 신호 데이터 생성 장치(311)는 거리 정렬된 신호 데이터를 생성하여 거리-도플러 맵 생성 장치(361)로 출력할 수 있다. 여기서, 거리 정렬된 신호 데이터는 M x N의 크기의 행렬 데이터를 포함할 수 있다. 이때, M은 펄스의 개수, N은 전체 거리 빈의 개수를 지시할 수 있다. 또한, 각각의 신호 데이터의 값은 복소 값들로 표현된다. 거리 정렬된 신호 데이터는 거리 빈 결정기(371), 위상 보상 값 결정기(373), 맵 생성기(375)로 입력될 수 있다.
거리 빈 결정기(371)는 입력 받은 거리 정렬된 신호 데이터에 기반하여 중요 거리 빈을 결정하는 기능을 수행한다. 거리 빈 결정기(371)는 거리 정렬된 신호 데이터로부터 표적의 산란 패턴 정보를 상대적으로 크게 가지고 있을 것 이라고 판단되는 거리 빈을 중요 거리 빈으로 결정할 수 있다. 즉, 거리 빈 결정기(371)는 거리 정렬된 신호 데이터에서 복소 데이터의 크기에 기반하여 중요 거리 빈을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리 빈 결정기(371)는 평균 연산부(411), 표준 편차 연산부(413), 거리 빈 추출부(415)를 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 거리 빈 결정기(371)는 거리 정렬된 신호 데이터의 복소 데이터 값들을 로그 스케일(log scale)로 변환한다. 이후, 거리 빈 결정기(371)는 각각의 거리 빈 마다의 복소 데이터 값들의 평균 값 또는 표준 편차 값에 기반하여 중요 거리 빈을 결정할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리 빈 결정기(371)는 평균 연산부(411)를 이용하여 각각의 거리 빈 마다 복소 데이터 값들의 평균 값들을 연산한다. 이후, 거리 빈 결정기(371)는 거리 빈 추출부(315)를 이용하여 평균 값들의 크기가 큰 순서로 전체 거리 빈들 각각의 우선 순위를 결정하고, 우선 순위에서 미리 설정된 개수만큼의 중요 거리 빈을 결정할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 거리 빈 결정기(371)는 표준 편차 연산부(413)를 이용하여 각각의 거리 빈 마다 복소 데이터 값들의 표준 편차 값들을 연산한다. 이후, 거리 빈 결정기(371)는 거리 빈 추출부(315)를 이용하여 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서로 전체 거리 빈들 각각의 우선 순위를 결정하고, 우선 순위에서 미리 설정된 개수만큼의 중요 거리 빈을 결정할 수 있다. 거리 빈 결정기(371)는 결정된 중요 거리 빈을 위상 보상 값 결정기(373)로 출력한다.
위상 보상 값 결정기(373)는 거리 정렬된 신호 데이터와 중요 거리 빈을 이용하여 복수의 펄스에 대응되는 위상 보상 값들을 결정한다. 위상 보상 값 결정기(373)는 거리 정렬된 신호 데이터에서 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출한다. 이후, 위상 보상 값 결정기(373)는 추출된 복소 데이터를 이용하여, 엔트로피 최소화를 통하여 복수의 펄스들 각각에 관한 위상 보상 값을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 보상 값 결정에 이용되는 엔트로피는 뜨살리스(tsallis) 엔트로피, 섀넌(shannon) 엔트로피 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하에서, 위상 보상 값 결정기(373)는 뜨살리스 엔트로피를 이용하여 엔트로피 값이 최소가 되는 위상 보상 값을 결정하지만, 섀넌 엔트로피 등을 포함한 다른 엔트로피 값을 이용하여 위상 보상 값을 결정할 수 있다.
M개의 펄스들을 포함하는 거리 정렬된 신호 데이터는 행렬 데이터로 표현될 수 있다. 여기서 행렬 데이터를 f(x,n)이라고 하면, 행렬 데이터 f(x,n)에 도플러 방향으로 푸리에 변환이 적용된 복소 영상 신호 행렬 z(m,n)은 <수학식 1>과 같이 결정될 수 있다.
<수학식 1>을 참고하면, z(m,n)은 복소 영상 신호 행렬 데이터, f(x,n)는 M개의 펄스들을 포함하는 신호 데이터, M은 펄스의 개수, φ는 위상 보상 값을 지시한다.
이러한 복소 영상 신호 행렬 데이터의 절대 값의 크기에 관하여 뜨살리스 엔트로피를 연산하면, 뜨살리스 엔트로피 값은 <수학식 2>와 같이 결정될 수 있다.
<수학식 2>를 참고하면, ETsallis는 뜨살리스 엔트로피 값, z(m,n)은 복소 영상 신호 행렬 데이터, q는 뜨살리스 엔트로피의 질서 값, M은 펄스의 개수를 지시한다.
위상 보상 값 결정기(373)는 <수학식 2>를 통해 결정되는 뜨살리스 엔트로피 값이 최소가 되도록 M개의 위상 보상 값을 결정할 수 있다. 이후, 위상 보상 값 결정기(373)는 결정된 위상 보상 값을 맵 생성기(375)로 출력할 수 있다.
맵 생성기(375)는 거리 정렬된 신호 데이터와 위상 보상 값을 이용 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다. 맵 생성기(375)는 거리 정렬된 신호 데이터에 위상 보상 값을 적용함으로써, 위상이 보상된 신호 데이터를 생성할 수 있다. 또한, 맵 생성기(375)는 위상 보상된 신호 데이터를 신호 처리하여 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 맵 생성기(375)는 위상 보상 값 결정기로부터 전달받은 M개의 위상 보상 값을 거리 정렬된 신호 데이터의 열 방향으로 보상한 후 푸리에 변환을 통하여 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다.
2차원 엔트로피 최소화 방법은 여분의 위상 오류 추정에 광범위하게 적용될 수 있다. 또한 2차원 엔트로피 최소화 방법은 비파라미터(non-parametric) 기법에 해당되기 때문에, 위상 보상시 속도나 거리와 같은 파라미터(parameter)로부터 영향을 덜 받는다. 또한, 영상의 엔트로피 최소화를 기반으로 위상을 추정함에 따라, 거리-도플러 맵에서 표적과 표적이 아닌 부분의 경계가 뚜렷하게 표현될 수 있고, 주변이 동질(homogeneous)의 환경을 가진 대기로 이루어진 공중 표적에 관하여, 높은 정확도의 거리-도플러 맵이 생성될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 엔트로피 최소화를 통해 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도(500)를 도시한다. 도 5는 거리-도플러 맵 생성 장치(361)의 동작 방법을 예시한다.
거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터(501)를 전달받는다. 거리 정렬된 신호 데이터는 신호 행렬로 표현되고, 신호 데이터의 값은 복소 값들을 포함할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리 정렬된 신호 데이터에서 신호 행렬의 크기는 M x N으로 결정될 수 있다. 여기서, M은 펄스의 개수를 지시하고, N은 전체 거리 빈의 개수를 지시할 수 있다. 도 5를 참고하면, 거리 정렬된 신호 데이터는 다섯 번째 거리 빈에서 표적에 관한 신호를 포함할 수 있다.
이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터(501)에서 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하고, 위상 보상 값들을 거리 정렬된 신호 데이터 적용하여 위상 보상된 신호 데이터(503)를 생성한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 엔트로피 값이 최소가 되는 M개의 위상 보상 값을 결정하고, 결정된 위상 보상 값을 거리 정렬된 신호 데이터의 신호에 적용하여 위상을 보상할 수 있다. 도 5를 참고하면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터(501)에서 신호의 세기에 해당되는 복소 데이터의 크기를 이용하여 M개의 위상 보상 값을 결정한다. 이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 M개의 위상 보상 값을 거리 정렬된 신호 데이터(501)에 곱셈으로 적용하여 위상을 보상할 수 있다. 그에 따라, 위상 보상된 신호 데이터(503)가 생성될 수 있다.
이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상된 신호 데이터(503)를 신호 처리 하여 거리-도플러 맵(505)을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상된 신호 데이터(503)에 도플러 방향의 푸리에 변환을 적용하여 거리-도플러 맵(505)을 생성할 수 있다. 레이더 센서의 사용자는 생성된 거리-도플러 맵을 이용하여, 표적에 관한 거리 및 속도 정보를 획득할 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 중요 거리 빈을 이용하여 거리-도플러 맵을 생성하는 방법에 관한 모식도(600)를 도시한다. 도 6은 거리-도플러 맵 생성 장치(361)의 동작 방법을 예시한다.
거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터(601)를 전달받는다. 거리 정렬된 신호 데이터(601)는 복소 데이터로 구성되는 신호 행렬로 표현될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리 정렬된 신호 데이터에서 신호 행렬의 크기는 M x N으로 결정될 수 있다. 여기서, M은 펄스의 개수를 지시하고, N은 거리 빈의 개수를 지시한다. 도 6을 참고하면, 거리 정렬된 신호 데이터는 세 번째, 네 번째, 다섯 번째, 및 여덟 번째 거리 빈에서 표적에 관한 신호를 포함할 수 있다.
이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬 된 신호 데이터(601)로부터 중요 거리 빈을 결정하여 중요 거리 빈에 관한 신호 데이터(603)를 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터(601)의 복소 값들의 크기를 로그 스케일로 변환한다. 이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 각각의 거리 빈 마다의 복소 데이터 값들의 평균 값 또는 표준 편차 값에 기반하여 중요 거리 빈을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 각각의 거리 빈 마다 복소 데이터 값들의 평균 값들을 연산하고, 평균 값들의 크기가 큰 순서에 기반하여 중요 거리 빈을 결정할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 각각의 거리 빈 마다 복소 데이터 값들의 표준 편차 값들을 연산하고, 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서에 기반하여 중요 거리 빈을 결정할 수 있다.
도 6을 참고하면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 평균 값 또는 표준 편차 값 중 적어도 하나에 기반하여, 세 번째, 다섯 번째, 여덟 번째 거리 빈에서 표적에 관한 신호가 많이 포함된 것으로 판단하고, 세 번째, 다섯 번째, 여덟 번째 거리 빈을 중요 거리 빈으로 결정할 수 있다.
이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 중요 거리 빈에 관한 신호 데이터(603)에서 위상 보상 값을 결정하고, 위상 보상 값을 거리 정렬된 신호 데이터 적용하여 위상 보상된 신호 데이터(605)를 생성한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 엔트로피 값이 최소가 되는 M개의 위상 보상 값을 결정하고, 결정된 위상 보상 값을 거리 정렬된 신호 데이터의 신호에 적용하여 위상을 보상할 수 있다. 도 6을 참고하면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 중요 거리 빈에 해당되는 네 번째, 다섯 번째, 여덟 번째의 중요 거리 빈에 관한 신호 데이터(603)에서 M개의 위상 보상 값을 결정한다. 이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 M개의 위상 보상 값을 거리 정렬된 신호 데이터(601)에 곱셈으로 적용하여 위상을 보상할 수 있다. 그에 따라, 위상 보상된 신호 데이터(605)가 생성될 수 있다.
거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 전체 거리 빈을 이용하여 위상 보상 값을 결정하지 않고, 중요 거리 빈을 이용하여 위상 보상 값을 결정함으로써, 거리-도플러 맵 생성에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다. 즉, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 전체 거리 빈의 일부에 해당되는 중요 거리 빈들의 복소 데이터를 이용하여 위상 보상 값을 결정하고, 결정된 위상 보상 값을 전체 거리 정렬된 신호 데이터에 적용한다. 그에 따라, 거리-도플러 맵의 정확도가 유지되면서 거리-도플러 맵 패턴 형성을 위한 계산 속도가 현격히 증대될 수 있다.
이후, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상된 신호 데이터(605)를 신호 처리 하여 거리-도플러 맵(607)을 생성할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상된 신호 데이터(605)에 도플러 방향의 푸리에 변환을 적용하여 거리-도플러 맵(607)을 생성할 수 있다. 레이더 센서의 사용자는 생성된 거리-도플러 맵을 이용하여, 표적에 관한 거리 및 속도 정보를 획득할 수 있다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)의 동작 방법에 관한 흐름도(700)를 도시한다.
도 7을 참고하면, 단계(701)에서 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 전체 거리 빈으로 구분되는 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터를 전달 받고, 거리 정렬된 신호 데이터를 구성하는 복소 데이터 값을 이용하여 중요 거리 빈을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 복소 데이터 값의 크기가 큰 데이터에 해당되는 거리 빈을 표적에 관한 신호를 포함하는 중요 거리 빈으로 결정할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 중요 거리 빈의 개수는 전체 거리 빈들의 개수 보다 작도록 결정될 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터에서, 전체 거리 빈들 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 평균 값들을 결정하고, 평균 값들의 크기가 큰 순서로 전체 거리 빈들의 제1 우선 순위를 결정하고, 제1 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터에서, 전체 거리 빈들 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 표준 편차 값들을 결정하고, 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서로 전체 거리 빈들의 제2 우선 순위를 결정하고, 제2 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정할 수 있다.
단계(703)에서, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출하고, 추출된 복소 데이터에 관한 엔트로피에 기반하여 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터에서 위상 보상 값을 결정할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 보상 값들을 결정하기 위하여 이용되는 엔트로피는 뜨살리스 엔트로피, 섀넌 엔트로피 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
단계(705)에서, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값들에 기반하여 거리 정렬된 신호 데이터의 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 거리 정렬된 신호 데이터에 단계(703)에서 결정된 위상 보상 값들을 적용하여 위상 보상된 신호 데이터를 생성할 수 있다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상된 신호 데이터에 도플러 방향의 푸리에 변환을 적용하여 거리-도플러 맵을 생성할 수 있다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 위상 보상 값을 결정하기 위한 방법에 관한 흐름도(800)를 도시한다. 도 8은 거리-도플러 맵 생성 장치(361)의 동작 방법을 예시한다.
도 8을 참고하면, 단계(801)에서 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값을 초기화 한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 복수의 펄스들에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하기 위하여, M개의 위상 보상 값들을 초기화 한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 위상 보상 값들은 난수 발생기에 기반하여 무작위로 생성되는 값으로 결정될 수 있다.
단계(803)에서 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터와 위상 보상 값에 기반하여, 거리 정렬된 신호 데이터에 관한 엔트로피를 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값과, 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 이용하여 엔트로피의 값을 연산할 수 있다.
단계(805)에서 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 엔트로피가 최소가 되는 제2 위상 보상 값을 결정한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 엔트로피의 값이 최소가 되게 하는 M 개의 위상 보상 값들을 결정할 수 있다. 그에 따라, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값들을 업데이트 할 수 있다.
단계(807)에서 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 현재 위상 보상 값과 이전 위상 보상 값의 차이가 미리 설정된 임계 값보다 작은지 여부를 식별한다. 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 M개의 위상 보상 값들에 관하여 현재 위상 보상 값과 이전 위상 보상 값의 차이를 임계 값과 비교할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값의 차이가 가장 큰 위상 보상 값을 기준 위상 보상 값으로 결정하고, 기준 위상 보상 값에서 위상 보상 값의 차이를 미리 설정된 임계 값과 비교할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값의 차이가 미리 설정된 임계 값 보다 작은 경우, 현재 위상 보상 값을 최종 위상 보상 값으로 결정할 수 있다. 본 개시의 다른 일 실시 예에 따르면, 거리-도플러 맵 생성 장치(361)는 위상 보상 값의 차이가 미리 설정된 임계 값 이상인 경우, 단계(803)으로 진행하여 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터와 현재 위상 보상 값에 기반하여, 거리 정렬된 신호 데이터에 관한 엔트로피를 결정할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적 모델링의 일 예(900)를 도시한다. 도 9를 참고하면, 가로 축과 세로 축은 거리를 지시한다.
도 9를 참고하면, 레이더 센서가 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호를 표적에 송신하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 경우에 있어, 표적에 관한 신호의 예를 도시한다. 레이더 센서가 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 신호를 이용함에 따라, 표적은 복수의 펄스들 각각에 대응되는 복수의 점 산란체(point scatterer)로 모델링 될 수 있다. 표적 모델링에 대응하여, 레이더 센서가 신호 처리를 통해 생성한 거리-도플러 맵은 도 10과 도 11에 도시된다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적에 관한 거리-도플러 맵의 일 예(1000)를 도시한다. 도 10은 도 9에서 모델링 된 표적에 대응되는 거리-도플러 맵을 지시한다. 도 10을 참고하면, 정확한 속도를 기반으로 위상을 보상한 경우에 관한 제1 거리-도플러 맵(1010), 속도 오차가 존재하는 경우에 관한 제2 거리-도플러 맵(1030), 본 개시에 따른 위상 보상을 수행한 경우에 관한 제3 거리-도플러 맵(1050)이 도시된다. 또한, 도 10의 각각의 거리-도플러 맵에서 가로 축과 세로 축은 거리를 지시한다.
도 10을 참고하면, 제1 거리-도플러 맵(1010)은 표적의 정확한 속도를 이용하여 표적의 중심 위치를 기준으로 위상 보상을 수행한 후 거리-도플러 맵을 형성한 결과를 예시한다. 제1 거리-도플러 맵(1010)은 표적의 정확한 속도를 기반으로 거리-도플러 맵을 생성된 결과이므로, 영상의 초점에 관한 오차가 적다.
제2 거리-도플러 맵(1030)은 실제 표적의 속도에 관한 위상 보상 값을 결정하는 과정에서 속도의 오차가 존재 하는 경우 거리-도플러 맵을 형성한 결과를 예시한다. 제2 거리-도플러 맵(1030)을 참고하면, 속도 오차로 인하여 거리-도플러 맵에 블러링(blurring)이 발생하고, 그에 따라 영상의 초점에 관한 오차가 크다.
제3 거리-도플러 맵(1050)은 본 개시에 따른 거리-도플러 맵 생성 장치(361)가 생성한 거리-도플러 맵을 예시한다. 제3 거리-도플러 맵(1050)을 참고하면, 엔트로피 최소화를 이용하여 속도에 관한 오차를 고려한 위상 보상 값이 결정되므로, 제3 거리-도플러 맵(1050)은 제2 거리-도플러 맵(1030) 보다 선명하고 초점에 관한 오차가 적다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 레이더 시스템에서, 표적에 관한 거리-도플러 맵의 일 예(1100)를 도시한다. 도 11은 도 9에서 모델링 된 표적에 대응되는 거리-도플러 맵을 지시한다. 도 11을 참고하면, 전체 거리 빈을 이용하여 위상 보상 값을 결정한 경우에 관한 제4 거리-도플러 맵(1110), 중요 거리 빈을 이용하여 위상 보상 값을 결정한 경우에 관한 제5 거리-도플러 맵(1130)이 도시된다. 또한, 도 11의 각각의 거리-도플러 맵에서 가로 축과 세로 축은 거리를 지시한다.
도 11을 참고하면, 제4 거리-도플러 맵(1110)은 거리-도플러 맵 생성 장치(361)가 전체 거리 빈에서 복소 데이터를 이용하여 위상 보상 값을 결정하고, 결정된 위상 보상 값들을 거리 정렬된 신호 데이터에 적용하여 생성한 거리-도플러 맵을 예시한다. 제4 거리-도플러 맵(1110)을 참고하면, 엔트로피 최소화를 이용하여 속도에 관한 오차를 고려한 위상 보상 값이 결정되므로, 제4 거리-도플러 맵(1110)에서 초점에 관한 오차가 적다. 그러나, 전체 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 이용함에 따라, 위상 보상 값을 연산하는 과정에서 소요되는 시간이 길다.
제5 거리-도플러 맵(1130)은 거리-도플러 맵 생성 장치(361)가 중요 거리 빈에서 복소 데이터를 이용하여 위상 보상 값을 결정하고, 결정된 위상 보상 값들을 거리 정렬된 신호 데이터에 적용하여 생성한 거리-도플러 맵을 예시한다. 제5 거리-도플러 맵(1130)을 참고하면, 제4 거리-도플러 맵(1110)과 같이, 엔트로피 최소화를 이용하여 속도에 관한 오차를 고려한 위상 보상 값이 결정되므로, 초점에 관한 오차가 적다. 뿐만 아니라, 전체 거리 빈의 일부에 해당되는 중요 거리빈에 대응되는 복소 데이터를 이용함에 따라, 위상 보상 값을 연산하는 과정에서 소요되는 시간이 짧다. 따라서, 전체 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 이용하여 위상 보상 값을 결정하는 방법보다, 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 이용하여 위상 보상 값을 결정하는 방법을 이용하는 경우, 영상 초점에 관한 성능 저하 없이 거리-도플러 맵이 빠르게 생성될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (10)
- 레이더 시스템에서, 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 반사 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러(range-doppler) 맵을 생성하는 장치에 있어서,
전체 거리 빈(range bin)으로 구분되는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 거리 빈 결정기;
상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출하고, 상기 복소 데이터에 관한 엔트로피에 기반하여 상기 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하는 위상 보상 결정기; 및
상기 위상 보상 값들에 기반하여 상기 거리 정렬된 신호 데이터의 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 맵 생성기를 포함하고,
상기 적어도 하나의 중요 거리 빈의 개수는 상기 전체 거리 빈의 개수 보다 작은 거리-도플러 맵 생성 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 거리 빈 결정기는,
상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 평균 값들을 결정하고,
상기 평균 값들의 크기가 큰 순서로 상기 전체 거리 빈의 제1 우선 순위를 결정하고,
상기 제1 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 거리-도플러 맵 생성 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 거리 빈 결정기는,
상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 표준 편차 값들을 결정하고,
상기 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서로 상기 전체 거리 빈의 제2 우선 순위를 결정하고,
상기 제2 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 거리-도플러 맵 생성 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 엔트로피는 뜨살리스(tsallis) 엔트로피, 섀넌(shannon) 엔트로피 중 적어도 하나를 포함하는 거리-도플러 맵 생성 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 위상 보상 결정기는,
제1 위상 보상 값을 초기화하고,
상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터와 상기 제1 위상 보상 값에 기반하여, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에 관한 엔트로피를 결정하고,
상기 엔트로피가 최소가 되는 제2 위상 보상 값을 결정하고,
상기 제2 위상 보상 값과 상기 제1 위상 보상 값의 차이가 미리 설정된 임계 값보다 작은지 여부를 식별하고,
상기 제2 위상 보상 값과 상기 제1 위상 보상 값의 차이가 임계 값보다 작은 경우, 제2 위상 보상 값을 출력하는 거리-도플러 맵 생성 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 위상 보상 결정기는,
상기 제2 위상 보상 값과 상기 제1 위상 보상 값의 차이가 임계 값 이상인 경우,
상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터와 상기 제2 위상 보상 값에 기반하여, 상기 거리 정렬된 신호 데이터에 관한 엔트로피를 결정하고,
상기 엔트로피가 최소가 되는 제3 위상 보상 값을 결정하는 거리-도플러 맵 생성 장치.
- 레이더 시스템에서, 복수의 펄스들을 포함하는 레이더 반사 신호에 기반하여 생성된 거리 정렬된 신호 데이터를 이용하여, 거리-도플러(range-doppler) 맵을 생성하는 장치의 동작 방법에 있어서,
전체 거리 빈(range bin)으로 구분되는 상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 단계;
상기 거리 정렬된 신호 데이터에서 상기 적어도 하나의 중요 거리 빈에 대응되는 복소 데이터를 추출하고, 상기 복소 데이터에 관한 엔트로피에 기반하여 상기 복수의 펄스들 각각에 대응되는 위상 보상 값들을 결정하는 단계; 및
상기 위상 보상 값들에 기반하여 상기 거리 정렬된 신호 데이터의 위상을 보상하여 거리-도플러 맵을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 하나의 중요 거리 빈의 개수는 상기 전체 거리 빈의 개수 보다 작은 거리-도플러 맵 생성 장치의 동작 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 중요 거리 빈을 결정하는 단계는,
상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 평균 값들을 결정하는 단계;
상기 평균 값들의 크기가 큰 순서로 상기 전체 거리 빈의 제1 우선 순위를 결정하는 단계; 및
상기 제1 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 단계를 포함하는 거리-도플러 맵 생성 장치의 동작 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 중요 거리 빈을 결정하는 단계는,
상기 거리 정렬된 신호 데이터에서, 상기 전체 거리 빈 각각에 대응되는 복소 데이터의 크기에 관한 표준 편차 값들을 결정하는 단계;
상기 표준 편차 값들의 크기가 작은 순서로 상기 전체 거리 빈의 제2 우선 순위를 결정하는 단계; 및
상기 제2 우선 순위에 기반하여 적어도 하나의 중요 거리 빈을 결정하는 단계를 포함하는 거리-도플러 맵 생성 장치의 동작 방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 엔트로피는 뜨살리스(tsallis) 엔트로피, 섀넌(shannon) 엔트로피 중 적어도 하나를 포함하는 거리-도플러 맵 생성 장치의 동작 방법.
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