Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR101967812B1 - A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same - Google Patents

A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101967812B1
KR101967812B1 KR1020170021643A KR20170021643A KR101967812B1 KR 101967812 B1 KR101967812 B1 KR 101967812B1 KR 1020170021643 A KR1020170021643 A KR 1020170021643A KR 20170021643 A KR20170021643 A KR 20170021643A KR 101967812 B1 KR101967812 B1 KR 101967812B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
value
target
kalman filter
window
fast fourier
Prior art date
Application number
KR1020170021643A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180095320A (en
Inventor
최승
Original Assignee
옴니센서(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 옴니센서(주) filed Critical 옴니센서(주)
Priority to KR1020170021643A priority Critical patent/KR101967812B1/en
Publication of KR20180095320A publication Critical patent/KR20180095320A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101967812B1 publication Critical patent/KR101967812B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35Details of non-pulse systems
    • G01S7/352Receivers
    • G01S7/354Extracting wanted echo-signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06Systems determining position data of a target
    • G01S13/08Systems for measuring distance only
    • G01S13/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/26Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave
    • G01S13/28Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses
    • G01S13/282Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency- or phase-modulated carrier wave with time compression of received pulses using a frequency modulated carrier wave
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35Details of non-pulse systems
    • G01S7/352Receivers
    • G01S7/356Receivers involving particularities of FFT processing
    • G01S2007/356

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 레이더 신호 처리 장치 및 그를 이용한 표적 검출 시스템에 관한 것으로, 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF); 상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우; 상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT); 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호의 비트 주파수들의 전력에 따른 가중치를 산출하는 가중치 산출기; 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR); 상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator); 및 상기 가중치 산출기로부터 산출된 가중 전력을 고려하여 표적을 추적하는 칼만 필터를 포함하는 레이더 신호 처리 장치 및 그를 이용한 표적 검출 시스템을 제공한다.The present invention relates to a radar signal processing apparatus and a target detection system using the same, and more particularly, to a radar signal processing apparatus and a target detection system using the same, Digital Beam Former (DBF); A second window for applying a window function for reducing a leakage error occurring during fast Fourier transform on the synthesized signals; A Fast Fourier Transformer (FFT) for performing a fast Fourier transform on the output signal of the second window; A weight calculator for calculating a weight according to power of bit frequencies of an output signal of the fast Fourier transformer; A constant false alarm rate (CFAR) for selecting specific bit frequencies by applying a variable detection threshold to the output signal of the fast Fourier transformer; An estimator for estimating information including the distance, velocity and azimuth of the target from the selected bit frequencies; And a Kalman filter for tracking the target in consideration of the weighted power calculated by the weight calculator, and a target detection system using the radar signal processing apparatus.

Figure R1020170021643
Figure R1020170021643

Description

가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치 및 그를 이용한 표적 검출 시스템{A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a radar signal processing apparatus using a weighted Kalman filter and a target detection system using the Kalman filter and a target detection system using the Kalman filter.

본 발명은 레이더 신호 처리 장치 및 그를 이용한 표적 검출 시스템에 관한 것으로, 특히 칼만 필터에 가중치를 적용하여 더 정확한 위치 추적이 가능하도록 하는 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치 및 그를 이용한 표적 검출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a radar signal processing apparatus and a target detection system using the same, and more particularly, to a radar signal processing apparatus using a weighted Kalman filter for applying a weight to a Kalman filter to enable more accurate position tracking, and a target detection system using the same .

일반적으로, 레이더 장치는 전자파를 송신하여 그 반사파를 수신함으로써 수신신호의 주파수 성분으로부터 표적의 거리, 속도, 방위각 등의 파라미터를 검출하여 표적을 탐지하는 장치로서, 선박, 자동차, 비행기, 운항, 관제, 충돌 방지 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다. Generally, a radar apparatus is a device that detects a target by detecting a parameter such as a distance, a speed, and an azimuth of a target from a frequency component of a received signal by transmitting an electromagnetic wave and receiving the reflected wave to detect a target such as a ship, an automobile, , Collision prevention, and the like.

이와 같은 레이더 장치에는 여러 가지 종류가 있으며, 전파 형태에 따라 크게 펄스 레이더와 연속파 레이더로 나뉜다.There are various kinds of radar apparatuses such as pulse radar and continuous wave radar depending on the type of radio wave.

이 중에서, 연속파 레이더의 일종인 FMCW(frequency modulation continuous wave) 레이더는 펄스폭이 좁고 고출력 파형을 송수신하는 펄스 레이더 방식에 비해 다양한 장점을 가진다. Among these, a frequency modulation continuous wave (FMCW) radar, which is a kind of continuous wave radar, has various advantages over a pulse radar system in which a pulse width is narrow and a high output waveform is transmitted and received.

이러한 연속파 레이더의 일종인 FMCW 레이더를 사용하여 표적을 추적하는 기법으로는 칼만(Kalman) 필터를 사용하여 왔다.Kalman (Kalman) filter has been used as a technique to track a target by using FMCW radar, which is a type of continuous wave radar.

상기 칼만 필터는 잡음에 의한 오류 경보가 존재하는 위치 정보를 이용하여 실제 물체의 위치를 추적하는 역할을 수행한다.The Kalman filter plays a role of tracking the position of an actual object using positional information in which a false alarm is present.

이와 같은 칼만 필터는 계산한 위치 정보와 이전 시간에 위치 정보를 이용하는데, 잡음에 의하여 잘못 검출된(false alarm) 물체는 제거하고, 실제 물체의 위치만을 추적해야 한다.Such a Kalman filter uses the calculated positional information and the positional information at the previous time. In this case, the false alarmed object should be removed and only the position of the actual object should be tracked.

하지만, 레이더 시스템에 있어서 검출한 물체의 전력 정보를 이용하여 가중치를 주면 더 정확한 위치 추적이 가능하다.However, it is possible to track the position more precisely by using the weight information by using the power information of the detected object in the radar system.

국내공개번호 2016-0141946호Domestic Publication No. 2016-0141946 국내공개번호 2015-0094240호Korean Publication No. 2015-0094240 국내공개번호 2017-0000835호Domestic Publication No. 2017-0000835

본 발명은 상기와 같은 필요에 부응하여 안출된 것으로, 칼만 필터에 가중치를 적용하여 더 정확한 위치 추적이 가능하도록 하는 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치 및 그를 이용한 표적 검출 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a radar signal processing apparatus using a weighted Kalman filter and a target detection system using the Kalman filter, in which a weight is applied to a Kalman filter to enable more accurate position tracking.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이더 신호 처리 장치는 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나 별로 수신한 표적에서 반사된 신호를 기저 대역의 디지털 복소 신호들로 입력받아, 입력되는 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력하는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter); 상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover); 상기 디씨 성분이 제거된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 윈도우 함수를 적용하는 제1 윈도우; 상기 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF); 상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우; 상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT); 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호의 비트 주파수들의 전력에 따른 가중치를 산출하는 가중치 산출기; 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR); According to an aspect of the present invention, there is provided a radar signal processing apparatus for receiving a signal reflected from a target received by a plurality of antennas, each of which receives a signal reflected from a target, as digital complex signals of a baseband, An ADC symbol formatter for dividing serial bits into ADC symbols, rearranging the ADC symbols in the order of arrangement of the antennas, and outputting the ADC symbols; A DC offset remover for removing a DC component from the rearranged ADC symbol; A first window for applying a window function to lower a side-lobe level of the interference signal for the ADC symbol from which the DC component is removed; A digital beamformer (DBF) for synthesizing the signals received for each antenna based on the output signal of the first window and outputting the synthesized signals for each beam; A second window for applying a window function for reducing a leakage error occurring during fast Fourier transform on the synthesized signals; A Fast Fourier Transformer (FFT) for performing a fast Fourier transform on the output signal of the second window; A weight calculator for calculating a weight according to power of bit frequencies of an output signal of the fast Fourier transformer; A constant false alarm rate (CFAR) for selecting specific bit frequencies by applying a variable detection threshold to the output signal of the fast Fourier transformer;

상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator); 및 상기 가중치 산출기로부터 산출된 가중 전력을 고려하여 표적을 추적하는 칼만 필터를 포함한다.An estimator for estimating information including the distance, velocity and azimuth of the target from the selected bit frequencies; And a Kalman filter for tracking the target in consideration of the weighted power calculated from the weight calculator.

또한, 본 발명의 레이더 신호 처리 장치의 상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력이 일정값 이상인 경우에 추정기에 의해 추정된 위치를 확정하는 것을 특징으로 한다.The Kalman filter of the radar signal processing apparatus of the present invention is characterized in that a position estimated by the estimator is determined when the weighted power inputted from the weight calculator is equal to or larger than a predetermined value.

또한, 본 발명의 레이더 신호 처리 장치의 상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력이 일정값 미만인 경우에 추정기에 의해 추정된 위치를 추적하여 위치를 보정하는 것을 특징으로 한다.Further, the Kalman filter of the radar signal processing apparatus of the present invention is characterized in that the position is corrected by tracking the position estimated by the estimator when the weighted power input from the weight calculator is less than a predetermined value.

또한, 본 발명의 레이더 신호 처리 장치의 상기 가중치 산출기는 산출된 가중 전력을 일정 오경보 확률 검파기에 제공하며, 일정 오경보 확률 검파기는 입력받은 가중 전력을 반영하여 검출 임계값을 변환시킨다.Further, the weight calculator of the radar signal processing apparatus of the present invention provides the calculated weighted power to a certain false alarm probability detector, and the certain false alarm probability detector converts the detection threshold value by reflecting the inputted weighted power.

또한, 본 발명에 따른 레이더 신호 처리 장치의 상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력을 상기 일정 오경보 확률 검파기의 검출 임계값으로 나눈 값이 제1 일정값 이상인 경우에 추정기에 의해 추정된 위치를 확정하는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 일정값은 2이상의 임의의 값이다.The Kalman filter of the radar signal processing apparatus according to the present invention is characterized in that when the value obtained by dividing the weighted power inputted from the weight calculator by the detection threshold value of the certain false alarm probability detector is equal to or greater than a first predetermined value, And the first constant value is an arbitrary value of 2 or more.

또한, 본 발명에 따른 레이더 신호 처리 장치의 상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력을 상기 일정 오경보 확률 검파기의 검출 임계값으로 나눈 값이 제1 일정값 미만이고 제2 일정값 이상이면 가중 평균 방식을 적용하여 보정된 위치를 산출하며, 상기 제2 일정값은 상기 제1 일정값보다 작고, 상기 제1 일정값은 2이상의 임의의 값이며, 상기 제2 일정값은 1이상이고 제1 일정값보다 작은 임의의 값이다.Further, in the radar signal processing apparatus according to the present invention, when the value obtained by dividing the weighted power input from the weight calculator by the detection threshold value of the predetermined false alarm probability detector is less than the first predetermined value and equal to or greater than the second predetermined value Wherein the second predetermined value is smaller than the first predetermined value, the first predetermined value is an arbitrary value of at least 2, the second predetermined value is at least 1, 1 < / RTI > constant value.

또한, 본 발명에 따른 레이더 신호 처리 장치의 상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력을 상기 일정 오경보 확률 검파기의 검출 임계값으로 나눈 값이 제1 일정값보다 작은 제2 일정값 미만이면 추정기에 의해 추정된 위치를 보정하며, 상기 제1 일정값은 2이상의 임의의 값이며, 상기 제2 일정값은 1이상이고 제1 일정값보다 작은 임의의 값이다.The Kalman filter of the radar signal processing apparatus according to the present invention is characterized in that when the value obtained by dividing the weighted power inputted from the weight calculator by the detection threshold value of the predetermined false alarm probability detector is less than a second predetermined value smaller than the first predetermined value The first constant value is an arbitrary value of 2 or more, and the second constant value is an arbitrary value of 1 or more and smaller than the first constant value.

한편, 본 발명에 따른 표적 검출 시스템은 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함하는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna);Meanwhile, a target detection system according to the present invention includes a multi-array antenna including a plurality of antennas each receiving a signal reflected from a target;

상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 RF 수신기(RF receiver)들; 상기 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analogue-to-Digital Converter)들; 및 상기 디지털 신호들을 처리(processing)하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하며 비트 주파수의 가중 전력에 기반한 가중치를 적용한 칼만 필터를 이용하여 표적 추적을 수행하는 레이더 신호 처리 장치를 포함한다.An RF receiver for converting a signal received by each antenna of the multiple array antenna into complex signals of a baseband; Analog-to-digital converters (ADCs) for converting the baseband complex signals into digital signals; And a radar signal processing apparatus for processing the digital signals to estimate information on the target and performing target tracking using a Kalman filter to which a weight based on the weighted power of the bit frequency is applied.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 칼만 필터에 가중치를 적용하여 더 정확한 위치 추적이 가능하도록 한다.According to the present invention as described above, a weight is applied to the Kalman filter to enable more accurate position tracking.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표적 검출 시스템의 전체 블럭도이다.
도 2는 일실시예에 따른 표적 검출 시스템에서 사용하는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 한 사이클(Cycle)동안에 발생하는 주파수 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 4는 교차로에서 표적이 방향을 전환하는 경우에 표적 추적의 오차를 설명하기 위한 도면이다.
1 is an overall block diagram of a target detection system in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a frequency change occurring during one cycle of a frequency modulated continuous waveform (FMCW) used in the target detection system according to one embodiment.
3 is a block diagram illustrating the structure of a radar signal processing apparatus using a weighted Kalman filter according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining an error of a target tracking when a target changes direction in an intersection.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.The following examples are provided to aid in a comprehensive understanding of the methods, apparatus, and / or systems described herein. However, this is merely an example and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention or custom of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification. The terms used in the detailed description are intended only to describe embodiments of the invention and should in no way be limiting. Unless specifically stated otherwise, the singular form of a term includes plural forms of meaning. In this description, the expressions "comprising" or "comprising" are intended to indicate certain features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, Should not be construed to preclude the presence or possibility of other features, numbers, steps, operations, elements, portions or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.It is also to be understood that the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms may be used to distinguish one component from another .

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표적 검출 시스템의 전체 블럭도이다.1 is an overall block diagram of a target detection system in accordance with an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 표적 검출 시스템(100)은 송신기(110), 프로세서(130), 및 수신기(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a target detection system 100 according to an embodiment of the present invention may include a transmitter 110, a processor 130, and a receiver 150.

송신기(110)는 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하여 일정 주파수 대역(예를 들어, 77GHz 대역)의 신호로 변환하고, 일정 주파수 대역의 신호를 레이더를 통해 표적으로 방사할 수 있다.The transmitter 110 generates a baseband frequency modulated continuous waveform (FMCW) and converts it into a signal of a certain frequency band (for example, 77 GHz band), and transmits a signal of a certain frequency band to a target .

송신기(110)는 주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator)(113) 및 RF 송신기(RF transmitter)(115)를 포함할 수 있다.The transmitter 110 may include a frequency modulated continuous waveform generator (FMCW Generator) 113 and an RF transmitter (RF transmitter)

프로세서(130)는 송신기(110)와 수신기(150)의 동작을 제어하는 역할을 수행한다. 프로세서(130)는 송신기(110)의 주파수 변조 연속 파형 생성기(113)에게 시작 신호를 제공하고, 수신기(150)에게 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 동기(sync) 신호를 제공할 수 있다.The processor 130 controls the operations of the transmitter 110 and the receiver 150. The processor 130 provides a start signal to the frequency modulated continuous waveform generator 113 of the transmitter 110 and provides the receiver 150 with a synchronization signal indicating the start point of each chirp interval of the frequency modulated continuous waveform FMCW lt; RTI ID = 0.0 > (sync) < / RTI >

주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator)(113)는 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성할 수 있다. 주파수 변조 연속 파형 생성기(113)는 예를 들어, 도 2와 같이 주파수가 변조되는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성할 수 있다. 주파수 변조 연속 파형 생성기(113)가 생성하는 주파수 변조 연속파형(FMCW)에 대하여는 도 2를 참조하여 설명한다.A frequency modulated continuous waveform generator (FMCW Generator) 113 can generate a base frequency frequency modulated continuous waveform (FMCW). The frequency modulated continuous waveform generator 113 can generate a frequency modulated continuous waveform FMCW whose frequency is modulated, for example, as shown in FIG. The frequency modulated continuous waveform FMCW generated by the frequency modulated continuous waveform generator 113 will be described with reference to FIG.

RF 송신기(RF transmitter)(115)는 주파수 변조 연속 파형 생성기(113)가 생성한 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 일정 주파수 대역(예를 들어, 77GHz 대역)의 신호로 변환할 수 있다. 일정 주파수 대역의 신호는 송신 레이더를 통해 표적으로 방사될 수 있다.The RF transmitter 115 can convert the baseband frequency modulated continuous waveform FMCW generated by the frequency modulated continuous waveform generator 113 into a signal of a certain frequency band (for example, 77 GHz band) . A signal in a certain frequency band can be radiated to the target via a transmitting radar.

송신 레이더를 통해 방사된 주파수 변조 연속 파형(FMCW)은 표적에 맞고 반사되어 수신기(150)의 다중 배열 안테나(151)를 통해 수신될 수 있다.The frequency modulated continuous waveform FMCW emitted through the transmitting radar may be received and reflected by the target and through the multiple array antenna 151 of the receiver 150. [

수신기(150)는 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나(151)의 각 안테나 별로 수신하고, 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 표적에 대한 정보(예를 들어, 표적과의 거리, 표적의 속도 및 표적의 방위각)을 추정할 수 있다. 또한, 수신기(150)는 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 각 구간(segment) 별 비트 주파수들을 계산하고, 계산된 비트 주파수들을 이용하여 표적에 대한 정보를 추정할 수 있다.The receiver 150 receives the signals reflected from the target for each antenna of the multi-array antenna 151, and based on the signals received for each antenna, information on the target (e.g., distance to the target, And the azimuth angle of the target). In addition, the receiver 150 may calculate bit frequencies for each segment based on signals received for each antenna, and estimate information about the target using the calculated bit frequencies.

수신기(150)는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)(151), RF 수신기(RF receiver)(153)들, ADC(Analogueto-Digital Converter)(155)들, 및 레이더 신호 처리 장치(Radar Signal Processor)(157)를 포함할 수 있다.The receiver 150 includes a multi-array antenna 151, RF receivers 153, analogue-to-digital converters (ADCs) 155, and a radar signal processor ) ≪ / RTI >

다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)(151)는 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함할 수 있다.The multi-array antenna 151 may include a plurality of antennas each receiving a signal reflected from the target.

RF 수신기(RF receiver)(153)들은 다중 배열 안테나(151)의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환할 수 있다. 이때, 다중 배열 안테나(151)의 각 안테나를 통해 수신된 신호는 RF 송신기(115)가 제공하는 77GHz 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 송신 신호와 곱해져서 I 채널과 Q 채널 성분을 가지는 기저 대역 복소 신호로 변환될 수 있다.The RF receivers 153 can convert signals received for each antenna of the multiple array antenna 151 into complex signals of baseband. At this time, the signal received through each antenna of the multiple array antenna 151 is multiplied by a frequency-modulated continuous wave (FMCW) transmission signal of 77 GHz band provided by the RF transmitter 115 to generate a baseband signal having I channel and Q channel components It can be converted into a complex signal.

ADC(Analogue-to-Digital Converter)(155)는 RF 수신기(153)에서 변환된 기저 대역의 복소 신호들(즉, 아날로그 신호)을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이때, ADC(155)들의 개수는 다중 배열 안테나(151)에 포함된 안테나의 개수에 비례할 수 있다.The analog-to-digital converter (ADC) 155 can convert the baseband complex signals (i.e., analog signals) converted by the RF receiver 153 into digital signals. At this time, the number of ADCs 155 may be proportional to the number of antennas included in the multiple array antenna 151.

레이더 신호 처리 장치(Radar Signal Processor)(157)는 ADC(155)들에서 변환한 디지털 신호들을 처리(processing)하여 표적에 대한 정보를 추정할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치(157)는 ADC(255)에서 ADC 변환을 거친 반사 신호로부터 표적의 거리, 속도, 방위각을 계산할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치(157)는 다수 개의 ADC(155)들과 직렬 버스 인터페이스(Serial Bus Interface)에 의해 연결된다. 따라서 ADC(155)들에서 변환된 신호(디지털 신호)는 1 비트씩 차례로 레이더 신호 처리장치(157)에 입력될 수 있다.A radar signal processor 157 may process the digital signals converted by the ADCs 155 to estimate information about the target. The radar signal processing unit 157 can calculate the distance, the velocity, and the azimuth of the target from the reflected signal that has undergone the ADC conversion in the ADC 255. The radar signal processor 157 is connected to the plurality of ADCs 155 through a serial bus interface. Accordingly, the converted signals (digital signals) from the ADCs 155 can be input to the radar signal processor 157 one bit at a time.

도 2는 일실시예에 따른 표적 검출 시스템에서 사용하는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 한 사이클(Cycle)동안에 발생하는 주파수 변화를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a frequency change occurring during one cycle of a frequency modulated continuous waveform (FMCW) used in the target detection system according to one embodiment.

도 2를 참조하면, 한 사이클 동안에 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 중 근거리 모드(Short range mode)(SRR)에서는 근거리 표적 검출을 위한 파형이 발생되고, 원거리 모드(Long range mode)(LRR)에서는 원거리 표적 검출을 위한 파형이 발생됨을 알 수 있다. 이때, 근거리 표적을 위한 파형과 원거리 표적을 위한 파형은 연속하여 발생될 수 있다.Referring to FIG. 2, in a short range mode (SRR) of a frequency modulated continuous waveform (FMCW) during a cycle, a waveform for short range target detection is generated. In a long range mode (LRR) It can be seen that a waveform for detecting the target is generated. At this time, the waveform for the near target and the waveform for the far target can be generated continuously.

도 2에서 근거리 표적 검출을 위한 파형은 시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 5개의 첩(chirp)으로 구성될 수 있다. 그리고, 원거리 표적 검출을 위한 파형은 시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 7개의 첩으로 구성될 수 있다.In FIG. 2, the waveform for proximity target detection may be composed of five chirps having different frequency change slopes with respect to time. In addition, the waveform for the remote target detection can be composed of seven pairs of different frequency gradient slopes with respect to time.

도 2에서 널(null) 부분은 송신기가 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 송신하기 전에 프로세서가 송신기와 수신기를 제어하기 위한 시간 구간으로서, 예를 들어, 0.2ms 값을 가질 수 있다.The null portion in FIG. 2 may have a value of 0.2 ms, for example, as a time interval for the processor to control the transmitter and the receiver before transmitting the frequency modulated continuous waveform (FMCW).

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치의 구조를 나타낸 블럭도이다.3 is a block diagram illustrating the structure of a radar signal processing apparatus using a weighted Kalman filter according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치(200)는 ADC 심볼 포맷기(ADC Symbol Formatter)(210),3, a radar signal processing apparatus 200 using a weighted Kalman filter according to an embodiment of the present invention includes an ADC symbol formatter 210,

DC 옵셋 제거기(DC Offset Remover)(220), 제1 윈도우(230), 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)(240), 제2 윈도우(250), 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT)(260), 가중치 산출기(265), 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR) (270), 추정기(Estimator)(280) 및 칼만 필터(290)를 포함할 수 있다.A DC offset remover 220, a first window 230, a digital beamformer (DBF) 240, a second window 250, a Fast Fourier Transform (FFT) A weight calculator 260, a constant false alarm rate (CFAR) 270, an estimator 280, and a Kalman filter 290. [

상기 ADC 심볼 포맷기(ADC Symbol Formatter)(210)는 ADC(155)들로부터 입력되는 직렬 비트들을 모아 ADC 심볼 단위로 분할한 후, ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력할 수 있다.The ADC symbol formatter 210 collects the serial bits input from the ADCs 155 and divides the serial bits into ADC symbols, rearranges the ADC symbols according to the arrangement order of the antennas, and outputs the ADC symbols .

DC 옵셋 제거기(DC Offset Remover)(220)는 ADC 심볼 포맷기(210)에 의해 각 안테나의 배열 순서대로 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거할 수 있다.The DC offset remover 220 can remove the DC component from the ADC symbols rearranged in the order of the antennas by the ADC symbol formatter 210.

제1 윈도우(230)는 DC 옵셋 제거기(220)에 의해 디씨(DC) 성분이 제거된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수(window function)를 적용할 수 있다. 제1 윈도우(230)는 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 제1 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다. 제1 윈도우(230)는 디지털 빔 형성기(DBF)(240)에서 디지털 빔(digital beam)을 형성하기에 앞서 제1 윈도우 함수(window function)를 적용하므로, 제1 윈도우(230)는 'DBF 윈도우(Digital Beam Former(DBF) Window)'라고도 부를 수 있다.The first window 230 applies a first window function to lower the side-lobe level of the interference signal for the ADC symbol from which the DC component is removed by the DC offset remover 220 . The first window 230 may reduce the side lobe level of the interfering signal using a first window function, such as, for example, a Hamming window or a Chebyshev window. The first window 230 applies a first window function prior to forming a digital beam in the digital beamformer 240 so that the first window 230 is a ' (Digital Beam Former (DBF) Window) '.

일반적으로 주파수 변조 방식의 연속 파형을 사용하는 레이더 시스템에서는 이동하는 표적의 원격 탐지를 위하여 각 거리에 따른 변이 주파수 및 추가적인 도플러 스펙트럼의 추정이 필요하며, 비트 주파수의 추출을 위한 기저대역 또는 중간 주파수 대역의 스펙트럼 추정에는 주로 고속 푸리에 변환(FFT) 기법이 이용될 수 있다.Generally, in a radar system using a frequency-modulated continuous waveform, it is necessary to estimate a mutation frequency and an additional Doppler spectrum according to each distance in order to remotely detect a moving target, and a baseband or intermediate frequency band A fast Fourier transform (FFT) technique can be used.

잘 알려진 것처럼 시스템의 특성상 레이더 안테나가 목표물의 반사 신호를 획득할 수 있는 체류 타임(dwell time)이 상당히 짧게 주어지는 경우가 있다. 이러한 경우에는 간섭 신호의 큰 부엽(side-lobe)으로 인해 인접하는 중요한 신호의 정보가 가려져서 탐지되지 않는 심각한 성능 열화 현상이 발생할 수 있다.As is well known, the characteristics of the system may cause the radar antenna to be given a significantly shorter dwell time at which to acquire the reflected signal of the target. In this case, serious side effects such as side-lobes of the interfering signal may be obscured by the information of adjacent adjacent signals, which may lead to serious performance deterioration.

즉, 표적으로부터 반사되는 반사파의 수신 시간이 비교적 짧은 경우, 클러터(clutter) 등의 강력한 간섭 신호의 부엽이 인접 도플러 필터에 누설되어 탐지하고자 하는 신호가 가려질 수 있다. 여기서, 클러터(clutter)는 레이더에서 지면, 해면, 빗방울 등으로부터 발생하는 반사파에 의해 나타나는 반향(echo) 등의 반사 장애를 말한다.That is, when the reception time of the reflected wave reflected from the target is relatively short, a side leaf of a strong interference signal such as a clutter leaks to the adjacent Doppler filter, and a signal to be detected can be hidden. Here, clutter refers to a reflection obstacle such as echo caused by reflected waves generated from ground, sea surface, raindrops, etc. in a radar.

따라서, 일 실시예에서는 다양한 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮춤으로써 비트 주파수의 탐지를 용이하게 할 수 있다.Accordingly, in one embodiment, it is possible to facilitate the detection of the bit frequency by lowering the side lobe level of the interference signal using various window functions.

디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)(240)는 제1 윈도우(230)의 출력 신호에 기초하여 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 합성된 신호들을 빔 별로 출력할 수 있다. 디지털 빔 형성기(DBF)(240)는 제1 윈도우(230)의 각 안테나 별 출력 신호에 미리 설정된 가중치 값을 이용하여 이득을 곱하고, 위상(phase)을 회전시켜 특정 방향에서 수신되는 신호를 합성할 수 있다. 보다 구체적으로, 디지털 빔 형성기(DBF)(240)는 미리 설정된 가중치 값을 이용하여 각 안테나 별로 수신된 신호에 대한 디지털 연산(예를 들어, 안테나 별로 수신된 각 신호에 위상을 곱하는 연산)을 수행함으로써 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성할 수 있다. 이때, 미리 설정된 가중치 값은 각 안테나 별로 수신된 신호에 대한 가중치일 수 있다.The digital beamformer (DBF) 240 synthesizes signals received for each antenna based on the output signal of the first window 230, and outputs the synthesized signals on a beam-by-beam basis. The digital beamformer (DBF) 240 multiplies a gain using a predetermined weight value for each antenna output signal of the first window 230, and rotates a phase to synthesize a signal received in a specific direction . More specifically, the digital beamformer (DBF) 240 performs a digital operation (for example, an operation of multiplying each signal received by each antenna by a phase) on a signal received for each antenna using a preset weight value So that the received signals can be combined for each antenna. In this case, the predetermined weight value may be a weight for a signal received for each antenna.

제2 윈도우(250)는 디지털 빔 형성기(DBF)(240)에서 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 제2 윈도우 함수를 적용할 수 있다.The second window 250 may apply a second window function to reduce a leakage error occurring during fast Fourier transform on the signals synthesized by the digital beam former (DBF) 240.

고속 푸리에 변환은 일종의 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)으로서, 기억 용량의 제한으로 인해 실제로는 충분한 시간, 즉 무한한 시간에 걸쳐 데이터를 받을 수 없다. 때문에, 주파수 영역의 데이터는 이산적인 성질을 가지게 된다. 이와 같은 주파수의 불연속으로 인하여 스펙트럼 상에는 시간 신호와 실제 주파수 간의 오차가 발생하게 된다. 이때, 시간 신호와 실제 주파수 간에 발생하는 오차를 누설 오차(Leakage Error)라고 한다.Fast Fourier transform is a type of Discrete Fourier Transform (DFT), which can not actually receive data over a sufficient time, i.e., infinite time, due to memory capacity limitations. Therefore, the frequency domain data has a discrete property. Due to the discontinuity of the frequency, an error occurs between the time signal and the actual frequency in the spectrum. At this time, an error occurring between the time signal and the actual frequency is referred to as a leakage error.

제2 윈도우(250)는 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 해닝(Hanning) 윈도우 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 제2 윈도우 함수를 이용하여 누설 오차를 줄일 수 있다. 제2 윈도우(250)는 고속 푸리에 변환기(FFT)(260)에서의 고속 푸리에 변환에 앞서 제2 윈도우 함수를 적용하므로 'FFT 윈도우(Fast Fourier Transform(FFT)'라고도 부를 수 있다.The second window 250 may reduce the leakage error using a second window function, such as a Hamming window, a Hanning window, or a Chebyshev window, for example. Since the second window 250 applies the second window function prior to the fast Fourier transform in the Fast Fourier Transform (FFT) 260, the second window 250 may be referred to as an FFT window (Fast Fourier Transform (FFT)).

고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT)(260)는 제2 윈도우(250)의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있으며, 이는 비트 주파수 신호를 주파수축으로 변환하는 과정을 나타낸다. A Fast Fourier Transform (FFT) 260 can perform fast Fourier transform on the output signal of the second window 250, which represents a process of converting a bit frequency signal to a frequency axis.

가중치 산출기(265)는 상기 고속 푸리에 변환기(260)에서 출력되는 피크 주파수 신호의 가중 전력을 산출하여 칼만 필터(290)에 제공한다.The weight calculator 265 calculates the weighted power of the peak frequency signal output from the fast Fourier transformer 260 and provides it to the Kalman filter 290.

상기 고속 푸리에 변환기(260)가 고속 푸리에 변환을 수행한 결과는 복소수 형태로 표현되며, 가중치 산출기(265)는 임의의 비트 주파수 x에 대한 가중 전력값은 아래 (수학식 1)로 산출한다.The result of fast Fourier transform performed by the fast Fourier transformer 260 is represented by a complex number, and the weight calculator 265 calculates a weighted power value for an arbitrary bit frequency x by Equation (1) below.

(수학식 1)(1)

Px = 20log10(rx 2 + ix 2)P x = 20 log 10 (r x 2 + i x 2 )

여기에서, Px : 비트 주파수 x의 가중 전력이고, rx는 비트 주파수 x의 복소수 값 중 실수부(real part)이며, ix는 비트 주파수 x의 복소수 값 중 허수부(imaginary part)이다. 즉, x 비트 주파수에 해당하는 복소수 값 Cx = rx + j·ix (여기서 j2 = -1)이다.Here, P x is the weighted power of the bit frequency x, r x is the real part of the complex value of the bit frequency x, and i x is the imaginary part of the complex value of the bit frequency x. That is, the complex value C x = r x + j i x (where j 2 = -1) corresponding to the x-bit frequency.

일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR)(270)는 고속 푸리에 변환기(260)의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있다. 일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(270)는 가변적인 잡음과 클러터 환경에서 가변적인 검출 임계값을 적용하여 오경보율을 일정하게 유지하면서 클러터를 제거하고, 의미있는 비트 주파수를 선택하는 역할을 수행한다.A constant false alarm rate (CFAR) 270 may select a specific bit frequency by applying a variable detection threshold to the output signal of the fast Fourier transformer 260. The CFAR 270 removes the clutter while maintaining a constant false alarm rate by applying a variable detection threshold in a variable noise and clutter environment and plays a role of selecting a meaningful bit frequency do.

일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(270)는 검출 임계값(Tx)을 선택하는 방식에 따라 CA-CFAR(Cell-Averaging CFAR), OS-CFAR(Order Statistics-CFAR), GO-CFAR(Greatest Of-CFAR), SO-CFAR(Smallest Of-CFAR) 등을 이용할 수 있다.(CFAR) 270 may be a cell-averaging CFAR, an order statistics CFAR, or a GO-CFAR, depending on the method of selecting the detection threshold T x . -CFAR), and SO-CFAR (Smallest Of-CFAR).

여기에서, 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR)(270)는 검출 임계값(Tx)을 산출할 때에 가중치 산출기(265)가 제공하는 가중 전력을 사용하여 검출 임계값을 산출할 수 있다.Here, the constant false alarm rate (CFAR) 270 calculates a detection threshold value using the weighted power provided by the weight calculator 265 when calculating the detection threshold value T x .

추정기(Estimator)(280)는 일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(270)에서 선택된 비트 주파수들로부터 표적의 거리, 속도 및 방위각를 포함하는 정보를 추정할 수 있다.Estimator 280 may estimate information including the distance, velocity, and azimuth of the target from selected bit frequencies at a given false alarm probability detector (CFAR)

이하의 실시예들에서 수신 안테나의 개수, 즉 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)에 포함된 안테나의 개수는 8개이고, ADC는 4 채널을 지원하며, 16 비트 샘플링(sampling)을 수행한다고 가정한다.In the following embodiments, it is assumed that the number of receiving antennas, that is, the number of antennas included in the multi-array antenna is 8, the ADC supports 4 channels, and 16-bit sampling is performed .

한편, 칼만 필터(290)는 선택적으로 검출된 표적의 계속적인 추적을 수행한다.On the other hand, the Kalman filter 290 optionally performs continuous tracking of the detected target.

칼만 필터는 표적의 확률적인 모델과 측정값을 이용하여 표적의 상태변수를 찾아내는 최적 추정기법이다. 즉, 상태식에 의한 시간전파와 측정식에 의한 개선을 통하여 상태값을 추정하게 되며, 실제 상태값과 추정된 상태값의 오차 공분산을 최소화하는 알고리즘이다. 표적이 선형이고 정규분포를 갖는 백색잡음에 의해 구동되는 칼만 필터는 최소 공분산을 갖는 편향되지 않는 최적의 추정기로 알려져 있다. 칼만필터는 추정값에 대한 확률분포를 따져서 가장 확률이 높은값을 추정값으로 선택하는 방법으로 측정값의 예측 오차로 예측값을 적절히 보정해서 최종 추정값을 계산한다.The Kalman filter is an optimal estimation technique that finds target state variables using probabilistic models and measurements of the target. That is, the state value is estimated through the time propagation by the state equation and the improvement by the measurement equation, and the error covariance of the actual state value and the estimated state value is minimized. A Kalman filter driven by white noise with a linear target and a normal distribution is known as an unbiased unbiased estimator with a minimum covariance. The Kalman filter calculates the final estimated value by appropriately correcting the predicted value with the prediction error of the measured value by selecting the most probable value as the estimated value according to the probability distribution of the estimated value.

즉, 표적 모델을 기초로 하여 다음 시점의 상태와 오차 공분산이 어떤 값이 될 것인지를 예측한 후 측정값과 예측값의 차이를 보상하여 새로운 추정값을 계산한다. 그러면 이 추정값이 칼만 필터의 최종 결과물이 된다. 그리고 나서 이 과정을 계속적으로 반복하여 새로운 추정값을 계속하여 갱신한다. 이러한 특징의 칼만필터를 이용하여 표적의 계속적인 추적을 가능하게 한다.That is, based on the target model, the state of the next time point and the value of the error covariance are predicted, and a new estimated value is calculated by compensating the difference between the measured value and the predicted value. This estimate is then the final product of the Kalman filter. The process then continues to be repeated to update the new estimate continually. This feature enables the continuous tracking of the target using a Kalman filter.

하지만, 도 4에 도시된 바와 같이 표적이 교차로등에서 방향을 전환한 경우에 칼만 필터에 의한 위치를 추정하게 되면 오류가 발생할 수 있다.However, as shown in FIG. 4, when the target is switched at an intersection or the like, an error may occur if the position is estimated by the Kalman filter.

따라서, 이를 방지하기 위하여 본 발명의 칼만 필터(290)는 상기 가중치 산출기(265)로부터 제공되는 가중 전력을 참조하여, 가중 전력이 일정값 이상이 되면, 즉 비트 주파수의 가중 전력이 일정값 이상이 되면 이에 해당하는 표적의 위치는 수정하지 않고 실제 위치로 채택한다.In order to prevent this, the Kalman filter 290 of the present invention refers to the weighted power provided from the weight calculator 265, and when the weighted power becomes equal to or greater than a predetermined value, that is, The position of the corresponding target is adopted as the actual position without modification.

이와 달리 칼만 필터(290)는 상기 가중치 산출기(265)로부터 제공되는 가중전력을 참조하여, 가중 전력이 일정값 미만이 되면, 즉 비트 주파수의 가중 전력이 일정값 미만이 되면 이에 해당하는 위치를 수정하여 수정된 위치를 채택한다.The Kalman filter 290 refers to the weighted power provided from the weight calculator 265. When the weighted power becomes less than a predetermined value, that is, when the weighted power of the beat frequency becomes less than a predetermined value, Modify and adopt the modified position.

물론, 상기 칼만 필터(290)는 일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(270)는 검출 임계값(Tx)을 고려하여 좀더 정밀한 처리를 수행할 수 있다.Of course, the Kalman filter 290 may perform a more precise process in consideration of the detection threshold value T x by the certain false alarm probability detector (CFAR) 270.

즉, 칼만 필터(290)는 가중 전력(Px)와 검출 임계값(Tx)를 비교하여, Px/Tx가 N 이상인 경우에 추정 위치를 사용하지 않고 레이더로 검출한 위치 정보를 현재 위치로 사용한다(N은 2이상의 임의의 값).That is, the Kalman filter 290 compares the weighted power P x with the detection threshold value T x to determine the position information detected by the radar without using the estimated position when P x / T x is greater than or equal to N, (N is an arbitrary value of 2 or more).

이와 달리 칼만 필터(290)는 Px/Tx가 M 미만인 경우에 추정 위치를 사용한다(M은 1이상 N미만의 임의의 값).The Kalman filter 290 uses the estimated position (where M is any value greater than or equal to 1 and less than N) when P x / T x is less than M.

그 외의 경우에는 칼만 필터(290)는 Px와 Tx의 값을 이용한 아래 (수학식 2)의 가중평균(weighted average) 방식을 적용하여 가중치가 적용된 추정 위치를 계산한다.In other cases, the Kalman filter 290 calculates a weighted average weighted average using the values of P x and T x to calculate the weighted estimated position.

(수학식 2)(2)

H'x=(( N-M-α)·Hx+α·Dx)/(N-M)H ' x = ((NM-α) H x + α D x ) / (NM)

여기에서, H'x는 가중치가 적용된 추정 위치이며, Hx는 칼만 필터의 추정 위치이며, α는 Px / Tx-M이며, Dx는 레이더 측정 위치이다.Here, H ' x is the estimated position to which the weight is applied, H x is the estimated position of the Kalman filter,? Is P x / T x -M, and D x is the radar measurement position.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 칼만 필터에 가중치를 적용하여 더 정확한 위치 추적이 가능하도록 한다.According to the present invention as described above, a weight is applied to the Kalman filter to enable more accurate position tracking.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

110: 송신기
111: 타이밍 제어기(Timing Controller)
113: 주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator)
115: RF 송신기(RF transmitter)
150: 수신기
151: 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)
153: RF 수신기(RF receiver)(253)
155: ADC(Analogue-to-Digital Converter)
157: 레이더 신호 처리 장치(Radar Signal Processor)
210 : ADC 심볼 포맷기(ADC Symbol Formatter)
220 : DC 옵셋 제거기(DC Offset Remover)
230 : 제1 윈도우
240 : 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)
250 : 제2 윈도우
260 : 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT)
265 : 가중치 산출기
270 : 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR)
280 : 추정기(Estimator)
290 : 칼만 필터
110: Transmitter
111: Timing controller
113: Frequency Modulation Continuous Waveform Generator (FMCW Generator)
115: RF transmitter
150: receiver
151: Multi-array antenna
153: RF receiver (RF receiver) 253
155: Analog-to-Digital Converter (ADC)
157: Radar Signal Processor (Radar Signal Processor)
210: ADC Symbol Formatter
220: DC Offset Remover
230: 1st window
240: Digital Beam Former (DBF)
250: second window
260: Fast Fourier Transform (FFT)
265: Weight calculator
270: Constant False Alarm Rate (CFAR)
280: Estimator
290: Kalman filter

Claims (8)

표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나 별로 수신한 표적에서 반사된 신호를 기저 대역의 디지털 복소 신호들로 입력받아, 입력되는 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력하는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter);
상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover);
상기 디씨 성분이 제거된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 윈도우 함수를 적용하는 제1 윈도우;
상기 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF);
상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우;
상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT);
상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호의 비트 주파수들의 가중 전력을 산출하는 가중치 산출기;
상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR);
상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator); 및
상기 가중치 산출기로부터 산출된 가중 전력을 고려하여 표적을 추적하는 칼만 필터를 포함하는 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
A plurality of antennas for receiving signals reflected from the target, a plurality of antennas for receiving the signals reflected from the target, and a plurality of baseband digital complex signals for dividing the input serial bits into ADC symbols, An ADC symbol formatter for rearranging and outputting in the order of the symbols;
A DC offset remover for removing a DC component from the rearranged ADC symbol;
A first window for applying a window function to lower a side-lobe level of the interference signal for the ADC symbol from which the DC component is removed;
A digital beamformer (DBF) for synthesizing the signals received for each antenna based on the output signal of the first window and outputting the synthesized signals for each beam;
A second window for applying a window function for reducing a leakage error occurring during fast Fourier transform on the synthesized signals;
A Fast Fourier Transformer (FFT) for performing a fast Fourier transform on the output signal of the second window;
A weight calculator for calculating a weighted power of bit frequencies of an output signal of the fast Fourier transformer;
A constant false alarm rate (CFAR) for selecting specific bit frequencies by applying a variable detection threshold to an output signal of the FFT;
An estimator for estimating information including the distance, velocity and azimuth of the target from the selected bit frequencies; And
And a Kalman filter for tracking the target in consideration of the weighted power calculated from the weight calculator.
청구항 1항에 있어서,
상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력이 일정값 이상인 경우에 추정기에 의해 추정된 위치를 확정하는 것을 특징으로 하는 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the Kalman filter determines a position estimated by the estimator when the weighted power input from the weight calculator is equal to or greater than a predetermined value.
청구항 1항에 있어서,
상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력이 일정값 미만인 경우에, 추정기에 의해 추정된 위치를 추적하여 측정값과의 차이를 보상하도록 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the Kalman filter tracks the position estimated by the estimator and corrects the position to compensate for the difference from the measured value when the weighted power input from the weight calculator is less than a predetermined value. A radar signal processing device using the same.
청구항 1항에 있어서,
상기 가중치 산출기는 산출된 가중 전력을 일정 오경보 확률 검파기에 제공하며, 상기 일정 오경보 확률 검파기는 입력받은 가중 전력을 반영하여 검출 임계값을 변환시키는 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the weight calculator provides the calculated weighted power to a certain false alarm probability detector and the predetermined false alarm probability detector uses a weighted Kalman filter to transform the detection threshold value by reflecting the input weighted power.
청구항 1항 또는 청구항 4항에 있어서,
상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력을 상기 일정 오경보 확률 검파기의 검출 임계값으로 나눈 값이 제1 일정값 이상인 경우에 추정기에 의해 추정된 위치를 확정하는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 일정값은 2이상의 임의의 값인 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
The method according to claim 1 or 4,
Wherein the Kalman filter determines a position estimated by the estimator when the value obtained by dividing the weighted power inputted from the weight calculator by the detection threshold value of the predetermined false alarm probability detector is equal to or greater than a first predetermined value, A radar signal processing apparatus using a weighted Kalman filter having a constant value of 2 or more.
청구항 1항 또는 청구항 4항에 있어서,
상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력을 상기 일정 오경보 확률 검파기의 검출 임계값으로 나눈 값이 제1 일정값 미만이고 제2 일정값 이상이면 가중 평균 방식을 적용하여 보정된 위치를 산출하며, 상기 제2 일정값은 상기 제1 일정값보다 작고, 상기 제1 일정값은 2이상의 임의의 값이며, 상기 제2 일정값은 1이상이고 제1 일정값보다 작은 임의의 값인 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
The method according to claim 1 or 4,
Wherein the Kalman filter calculates a corrected position by applying a weighted average method when the value obtained by dividing the weighted power inputted from the weight calculator by the detection threshold value of the certain false alarm probability detector is less than the first predetermined value and is equal to or greater than the second predetermined value Wherein the second constant value is smaller than the first constant value, the first constant value is an arbitrary value greater than or equal to 2, the second constant value is an arbitrary value smaller than or equal to 1 and smaller than the first constant value, A radar signal processing device using a filter.
청구항 1항 또는 청구항 4항에 있어서,
상기 칼만 필터는 상기 가중치 산출기로부터 입력된 가중 전력을 상기 일정 오경보 확률 검파기의 검출 임계값으로 나눈 값이 제1 일정값보다 작은 제2 일정값 미만이면 추정기에 의해 추정된 위치를 보정하며, 상기 제1 일정값은 2이상의 임의의 값이며, 상기 제2 일정값은 1이상이고 제1 일정값보다 작은 임의의 값인 가중치 적용 칼만 필터를 이용한 레이더 신호 처리 장치.
The method according to claim 1 or 4,
Wherein the Kalman filter corrects a position estimated by the estimator if the value obtained by dividing the weighted power inputted from the weight calculator by the detection threshold value of the predetermined false alarm probability detector is less than a second predetermined value smaller than the first predetermined value, Wherein the first constant value is an arbitrary value equal to or greater than 2, and the second constant value is equal to or greater than 1 and smaller than the first constant value.
표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함하는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna);
상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 RF 수신기(RF receiver)들;
상기 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analogue-to-Digital Converter)들; 및
상기 디지털 신호들을 처리(processing)하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하며 비트 주파수의 전력에 기반한 가중치를 적용한 칼만 필터를 이용하여 표적 추적을 수행하는 레이더 신호 처리 장치를 포함하는 표적 검출 시스템.
A multi-array antenna including a plurality of antennas each receiving a signal reflected from the target;
An RF receiver for converting a signal received by each antenna of the multiple array antenna into complex signals of a baseband;
Analog-to-digital converters (ADCs) for converting the baseband complex signals into digital signals; And
And a radar signal processing device for processing the digital signals to estimate information about the target and perform target tracking using a Kalman filter to which a weight based on the power of a bit frequency is applied.
KR1020170021643A 2017-02-17 2017-02-17 A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same KR101967812B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170021643A KR101967812B1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170021643A KR101967812B1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180095320A KR20180095320A (en) 2018-08-27
KR101967812B1 true KR101967812B1 (en) 2019-04-11

Family

ID=63455119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170021643A KR101967812B1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101967812B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11431400B2 (en) 2019-10-07 2022-08-30 Kookmin University Industry Academy Cooperation Foundation Method and apparatus for forming a plurality of beamformed signals using a plurality of received signals
CN111427014B (en) * 2020-03-19 2022-04-26 中国电子科技集团公司第十四研究所 Adaptive signal processing realization method based on Gaussian elimination
KR102353551B1 (en) * 2020-09-17 2022-01-20 엘아이지넥스원 주식회사 Radar system and radar detection method of detecting target object
KR102515757B1 (en) * 2021-02-24 2023-03-31 국방과학연구소 Apparatus for detecting targets and method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013190421A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Honda Motor Co Ltd Method for improving detection of traffic-object position in vehicle
KR101449869B1 (en) * 2013-10-10 2014-10-13 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus for estimating frequency of radar signal and method thereof
KR101553877B1 (en) * 2015-02-06 2015-09-17 엘아이지넥스원 주식회사 Transmit switching radar system for compressing side lobe level
KR101707595B1 (en) * 2015-09-11 2017-02-16 금호마린테크 (주) Method and system for target acquisition and tracking

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102204839B1 (en) 2014-02-11 2021-01-19 한국전자통신연구원 Apparatus and method of detecting target using radar
KR101633187B1 (en) * 2014-11-18 2016-06-23 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus and method for estimating doppler frequency of rader
KR101738241B1 (en) 2015-06-02 2017-05-19 광운대학교 산학협력단 Method and apparatus for locating of target
KR101867402B1 (en) 2015-06-24 2018-07-24 주식회사 풍산 FMCW proximity fuse and Shell height detecting methods that prevent shell from wrong explosion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013190421A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Honda Motor Co Ltd Method for improving detection of traffic-object position in vehicle
KR101449869B1 (en) * 2013-10-10 2014-10-13 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus for estimating frequency of radar signal and method thereof
KR101553877B1 (en) * 2015-02-06 2015-09-17 엘아이지넥스원 주식회사 Transmit switching radar system for compressing side lobe level
KR101707595B1 (en) * 2015-09-11 2017-02-16 금호마린테크 (주) Method and system for target acquisition and tracking

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180095320A (en) 2018-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102204839B1 (en) Apparatus and method of detecting target using radar
CN110520750B (en) Method and system for wireless detection of objects using MIMO radar
US11086010B2 (en) Software defined automotive radar systems
KR102241929B1 (en) Rader sensing with phase correction
EP3611538A1 (en) Mimo radar coding for resolving velocity ambiguity
KR101967812B1 (en) A radar signal processing device using a weighted Kalman filter and a target detection system using the same
US11867828B2 (en) Frequency modulated signal cancellation in variable power mode for radar applications
US9470784B2 (en) Radar device
KR20190041949A (en) Radar sensing with interference suppression
WO2017187337A1 (en) Software defined automotive radar systems
US9194947B1 (en) Radar system using matched filter bank
CN110632587A (en) Weak moving object monitoring method based on rapid FMCW radar
US8760340B2 (en) Processing radar return signals to detect targets
JP2021513657A (en) Angle-resolved, wideband radar sensor for automobiles
JP2012185039A (en) Radar device and arrival angle calculation method of the radar device
KR20230081654A (en) Radar measurement method
US20230305103A1 (en) Mimo radar apparatus and mimo radar method
JP5574907B2 (en) Radar equipment
US10845475B2 (en) Method of measuring azimuth of radar target
Malanowski et al. Acceleration estimation for passive coherent location radar
EP3819662A1 (en) A vehicle radar with frequency diversity
US20230204753A1 (en) Method, System and Apparatus for Generating an Optimal Signal in Radar and Communication Systems
JP2012233739A (en) Radar apparatus
KR102085204B1 (en) The method for suppressing clutter signal of pulse-doppler radar for tracking target signal using hrr waveform and the system thereof
Noor et al. MIMO FM-CW radar using beat signal averaging method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right