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KR20080072669A - 신호-대-잡음비 증강을 위한 펄스 도플러 위상정합 방법 및시스템 - Google Patents

신호-대-잡음비 증강을 위한 펄스 도플러 위상정합 방법 및시스템 Download PDF

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KR20080072669A
KR20080072669A KR1020087011849A KR20087011849A KR20080072669A KR 20080072669 A KR20080072669 A KR 20080072669A KR 1020087011849 A KR1020087011849 A KR 1020087011849A KR 20087011849 A KR20087011849 A KR 20087011849A KR 20080072669 A KR20080072669 A KR 20080072669A
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KR1020087011849A
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엘라 베일린
여헤스겔 그리심
야콥 바그맨
알렉산더 로메스
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엘타 시스템즈 리미티드
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Publication date
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Abstract

펄스-도플러 위상정합 표적 검출에서 신호대잡음비 증강을 위한 방법 및 장치. 본 발명의 방법에 따라서, 둘 또는 그 이상의 표적 구간 시간의 하위 구간 각각에 대한 복소수 신호는 얻어지고, 동시 범위와 도플러 계측을 허용한다. 위상정합누적은 전개되지 않은 복소수값의 행렬을 생성하기 위해 신호에서 수행된다. 전개되지 않은 행렬은 전개되고 표적 검출은 하나 또는 그 이상의 전개 행렬을 수반하는 처리과정에서 수행된다. 펄스-도플러 위상정합 시스템은 또한 본 발명의 방법에 의해 표적 검출에 대해 설정되고 제공된다.
신호대잡음비, 도플러, 위상정합, 위상정합처리구간

Description

신호-대-잡음비 증강을 위한 펄스 도플러 위상정합 방법 및 시스템{PULSE DOPPLER COHERENT METHOD AND SYSTEM FOR SNR ENHANCEMENT}
본 발명은 펄스 도플러(pulse Doppler) 위상정합(coherent) 시스템에서 신호대잡음비(SNR: Signal-to Noise Ratio) 증강을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
펄스 도플러 기술은 대부분의 현대 감시와 추적 레이더, 그리고 초음파 시스템에 일반적인 기술이다. 이 기술은 표적(target)에 충돌하고, 표적으로부터 반사되고, 그리고 수신기에서 다시 수집되는 송신된 펄스의 시퀀스(sequence)를 사용한다. 이 기술은 지면, 나무, 잎 등과 같은 배경의 산란소(scatterer)의 속도와 표적의 속도가 현저하게 달라질 때 특히 편리하다. 이러한 조건에서, 시스템의 검출 능력은 신호대잡음비(SNR) 면에서 최대화되고, 그 결과 검출 확률이 개선된다.
대부분의 현대 감시 레이더는 상대적으로 좁은 방사선을 이용하여 주변 공간을 스캔한다. 총 스캔 시간은 일반적으로 사용자에 의해 지정되는 시스템의 변수이다. 각각의 광선 방향으로부터 돌아오는 표적을 수집하기 위해 배분되는, 스캔 시 간의 일부를 표적 시간(time-on-target)이라고 한다. 이 시간의 일부 동안 펄스의 시퀀스는 레이더에 의해 전송된다. 어느 두 연속적인 펄스의 증가 사이의 구간은 펄스 반복 구간(PRI: Pulse Repetition Interval)이라고 하고 펄스의 비율은 펄스 반복 주파수(PRF: Pulse Repetition Frequency)라고 한다. 검출과 계측 처리는 표적 구간의 시간 동안 일정한 또는 다양한 펄스 반복 주파수를 사용하여 실행될 수 있다. 최대 신호대잡음비는 전체 표적 구간의 시간 동안 모든 표적의 반환의 위상정합누적(coherent integration)으로 얻을 수 있다. 그러한 개념의 실행을 위해 가장 많이 쓰이는 기법은 펄스 시퀀스의 전송과 표적 리턴의 이용을 위해 하나의 일정한 펄스 반복 주파수(PRF)를 사용하는 것으로 나타난다. 그러나 이 기법은 범위(range)나 속도 또는 양자의 명백한 계측을 지원하지 않는다.
검출의 하나의 펄스 반복 주파수 기법과 관련된 다른 문제는 검출 지도상의 블라인드 존(blind zone)(블라인드 범위와 도플러 주파수)의 문제이다. 이 문제는 펄스 레이더 검출 기법에서 전송과 수신의 주기적인 성질을 반영하고 가시성의 문제로 알려져 있다.
선행 기술에서 알려진, 모호성(ambiguity)과 가시성(visibility) 문제 모두에 대한 하나의 해결방법은 연속적으로, 각 시퀀스는 다른 펄스 반복 주파수를 가지는, 둘 또는 그 이상의 펄스 시퀀스를 전송하는 것이다. 일정한 펄스 반복 주파수를 가지는 각각의 하위-구간은 모호한 그러나 표적 범위와 도플러 주파수의 동시 계측의 다른 "스케일(scale)"을 제공한다. 표적 구간의 시간 동안의 모든 계측(상이한 펄스 반복 주파수를 가지는 각각)의 조합은 모호성 해결을 허용하지만 검출의 독립적인 시도를 요구한다. 다시 말해, 표적의 동시 검출과 계측을 제공하기 위한 필요조건은 표적 구간의 시간을, 각각은 전체 표적 구간의 시간의 상대적으로 작은 부분을 표현하는, 독립적인 여러 개의 하위-구간으로 분할하는 것이다. "위상정합처리구간(CPI: Coherent Processing Interval)"으로도 알려진, 각 하위-구간에서 검출 처리는 위상정합누적을 이용하여 최적으로 수행될 수 있다. 그러나, 표적 리턴으로부터 수집된 최대 에너지는 전체 표적 구간의 시간 동안 수집될 수 있는 전체 에너지의 일부에 불과하다. 하위-구간의 결과의 어떤 논리적인 또는 계산적인 조합도 전체 표적 구간의 시간 동안 신호의 위상정합누적과 비교하여 검출의 확률에서 손실과 퇴보를 가져온다.
범위에서 모호성의 해결의 개념은 도 1에 도시되어 있고, 각각 PRF1, PRF2, PRF3로 도시된, 각각은 다른 펄스 반복 주파수를 가지는 세 펄스 시퀀스가 송신될 때 신호가 수신되는 것을 보여준다. 돌아오는 신호는 첫번째 펄스 반복 구간(11)을 가지는 첫번째 펄스 시퀀스(10), 두번째 펄스 반복 구간(13)을 가지는 두번째 펄스 시퀀스(12), 그리고 세번째 펄스 반복 구간(15)을 가지는 세번째 펄스 시퀀스(14)로 이루어진다. 여러 주파수를 사용함으로써, 모호성 범위는 해결될 수 있다. 세 펄스 시퀀스가 일치하는 위치에서 모호한 범위가 검출되는 것이 도 1에 묘사되어 있다. 일반적으로, 모호한 범위와 표적의 도플러는 레이더의 지정된 검출 범위와 속도(도플러 주파수) 전체 범위를 커버하는, 전개된 범위-도플러 지도의 표적 검출 적중(hit)의 "좌표(coordinates)"로 상상될 수 있다. 이 지도는 레이더의 펌웨어나 소프트웨어에서 명백하게 나타나지는 않지만, 모든 검출된 표적 각각에 대한 표적 적중 좌표의 세트로 생각할 수 있다.
수신기에서 수집된 협대역 신호는 t는 시간, A는 진폭, fc는 캐리어 주파수, Φ는 위상(phase), 그리고 N은 잡음일 때, 보통
Figure 112008034976719-PCT00001
로 모델화된다. 이 모델의 기본적인 가정은 진폭 A의 대역폭은 fc보다 작은 크기의 차수라는 것이다. 신호는 수신하는 채널에 따라 처리된다. 주파수가 하향 변환되고(down-converted), 필터링되고, 동위상(in-phase)과 직교(quadreture)로 불리는 두 개의 채널로 나뉘고, 복조되고(de-modulated)(혹은 펄스가 압축되고), 그리고 디지털화된다. - 꼭 이 순서일 필요는 없다. l은 펄스 반복 주파수의 인덱스이고 계측의 시간 구간과 관련되어 있고, tk는 "범위 게이트(range gate)" 개수로 알려진, 특정 샘플의 시간이고, Bl은 계측의 주기 내에서 일정한 진폭이고,
Figure 112008034976719-PCT00002
은 계측의 한 주기 내에서 어떤 위상 상수이고, fd는 도플러 주파수이고, 그리고 nl은 복소수 잡음인,
Figure 112008034976719-PCT00003
: 복소수값 개체와 같이 하나의 펄스 반복 주파수의 처리의 스테이지에서 얻어진 결과를 나타내는 것이 통례적이다.
도 2는 상이한 펄스 반복 주파수인 L을 사용한 펄스-도플러 위상정합 시스템에서의 표적 검출에 관한 종래기술방법을 나타낸 것이다. (20)으로 전개된 것과 같이, 신호
Figure 112008034976719-PCT00004
는 PRI는 펄스 비율 구간이고, RG는 하나의 범위 게이트의 지속시간일 때, l은 펄스 반복 주파수 인덱스이고, 이때 l은 0 내지 L-1, n은 신호에서 펄스 개수, m은 범위 게이트, 그리고 tn ,m는 펄스 n의 범위 게이트 m의 신호의 샘플링 시간, 그리고
Figure 112008034976719-PCT00005
로 주어진, 사용된 각 펄스 반복 주파수에 대해 수신된다. (22)에서, 신호
Figure 112008034976719-PCT00006
은 위상정합누적으로 제시된다. 이것은 각 범위 게이트 m에 대한 신호 스펙트럼을 생성하기 위해 신호
Figure 112008034976719-PCT00007
에서 이산 푸리에 변환을 수행하는 것을 수반한다. 각 위상정합처리구간에 대해 얻어지는, 모든 범위 게이트에 대한 모든 스펙트럼의 조합은 다음과 같이 주어진 전개되지 않은 범위-도플러 지도를 구성한다:
Figure 112008034976719-PCT00008
여기에서, N(l)은 신호에서 펄스의 개수이고, k는 도플러 주파수의 인덱스이고, K는 도플러 주파수의 개수이고, wn은 가중 인자이고, 그리고 M(l)은 펄스 반복 주파수 1의 범위 게이트의 개수이다. (24)에서, 실수값의 범위-도플러 지도는 각 펄스 반복 주파수 1에 대해 생성되고, M(l)과 행렬 P(l)에 의한 실수값인 K가 인덱스 k와 m의 각각의 쌍에 대한
Figure 112008034976719-PCT00009
을 세팅함으로써 규정되고, 그리고 (26)에서, 값
Figure 112008034976719-PCT00010
가 미리 정해진 문턱값 T보다 크거나 같은지 판단되는, 표적 검출이 수 행된다. 만약 크거나 같다면, (28)에서,
Figure 112008034976719-PCT00011
은 1로 세팅된다. 그렇지 않다면, (30)에서,
Figure 112008034976719-PCT00012
는 0으로 세팅된다. 이것은 l의 각각의 값에 대한 K x M(l) 이진 행렬 H (l) 을 규정한다. 이 처리는 각 위상정합처리구간에 대해 독립적으로 반복되고, 범위 도플러 셀 주소-각 펄스 반복 주파수는 셀 주소의 그 자신의(일반적으로 전개되지 않은) 스케일을 규정한다-로 결정되는, 각 위상정합처리구간에 대한 표적 적중의 세트를 생성한다. 그 후에, 알고리즘은 분명하게 행렬의 기록을 필요로 하지 않으나, 표적 적중의 세트와 셀 좌표는 아니다. (32)에서, 각 펄스 반복 주파수에 대한 적중 세트는 모호한 범위에서 최대 기계의 범위까지의 범위 방향에서와 펄스 반복 주파수에서 최대 도플러 주파수(각 펄스 반복 주파수에 대한 전개된 표적 적중은 영과 일로 구성된 어떤 부분 행렬의 영이 아닌 값으로 설명될 수 있다)까지의 도플러 방향에서 셀 주소를 주기적으로 증가시킴에 따라 전개된다. - 행렬 H l 은 "전개되는(unfolding)"으로 알려진 처리로 제시된다. 이 처리에서, 각 행렬 H l 의 차원은 k=k' 모듈 K, 그리고 m=m' 모듈 M일 때,
Figure 112008034976719-PCT00013
를 세팅함으로써, [Rmin,Rmax]이 미리 정해진 관심 검출 지역일 때 Rmin<mRG<Rmax에 대한 m'의 값에 대한, 그리고 [Dmin,Dmax]이 미리 정해진 관심 도플러 주파수 지역일 때 Dmin<k'·PRF/K<Dmax에 대한 k'에 대한
Figure 112008034976719-PCT00014
을 규정함으로써 증가된다. 단계 (34)에서, 행렬 H l 은 다음과 같 이, 인덱스 k, m, 새로운 인덱스 p, 그리고 q의 각각의 쌍에 대해 규정함으로써 다시 샘플링된다. 관심 범위는 미리정해진 길이 △r의 하위 구간으로 나누어진다. p의 값은 Rp = Rmin + p·△r가 범위 게이트 m으로 표시되는 범위에 가장 가깝도록 모든 허용된 p의 값들(즉, 0≤p·△r≤Rmax-Rmin 에 대한 p의 누적값) 사이에서 찾아진다. 구간 [Dmin,Dmax]은 미리 정해진 길이 △d의 하위구간으로 나누어진다. q의 값은 Dq = Dmin + q·△d가 k에 가장 가깝도록 모든 허용된 q의 값들(즉, 0≤q·△d≤Dmax-Dmin 에 대한 q의 누적값) 사이에서 찾아진다. 이것은 (36)에서
Figure 112008034976719-PCT00015
인 새로운 이진 행렬 U l 을 생성한다. 여기에서 인덱스 p, q는 인덱스 k, m과 대응한다. 전개 행렬의 합 A는
Figure 112008034976719-PCT00016
일 때, (37)에서 연산된다. (38)에서, 각각의 인덱스 쌍에 대해, 합 Ap ,q 가 미리 정해진 문턱값 A보다 크거나 같은지 결정된다. 만약 크거나 같다면, (40)에서 표적이 관련된 인덱스 p,q를 가지는 위치에서 검출되고, 처리과정은 종료된다. 그렇지 않다면, (42)에서 표적이 관련된 인덱스 p, q를 가지는 위치에서 검출되지 않고 처리과정이 종료되는 것으로 결정된다.
요약을 위해, 다음의 관찰이 만들어진다:
1. 표적 위상정합이 표적 구간의 시간 내에서 전송된 모든 펄스에 대해 유지되더라도, 알려진 방법에서는, 오직 하나의 위상정합처리구간내에서 수신된 신호가 위상정합누적된다.
2. 누적의 유효성은 신호의 위상정합에 달려있다. 위상정합의 관념은 계측의 주기내에서 상대 위상이 일정하거나(상대적으로 작은 잡음의 기여까지) 상대 위상이 예측가능한 방식으로 변화하는 것을 의미한다. 보통 이 필요조건은 레이더가, 적어도 계측의 시간 동안이라도, 필수적으로 일정한 위상과 진폭에 기여하고, 위상 변화에 대한 표적의 기여는 주로 표적의 운동이라는 것을 의미한다. 표적의 신호대잡음비가 증가할수록, 최대 검출 범위는 증가한다. 따라서, 표적이 안테나에 의해 노출될 때(표적 구간 시간동안) 모든 주기에 대한 위상정합 누적 구간이 증가함에 따라, 가능한 최대의 신호대잡음비가 얻어지고, 그 결과 최대 검출 범위가 얻어진다.
비이론적으로 두 개의 펄스 반복 주파수는 모호성을 해결하기에 충분함에도 불구하고, 요구되는 펄스 반복 주파수의 개수는 실제로 더 많다. 이것은 어떤 범위 게이트는 각 펄스 반복 주파수에서 블라인드인 사실에 따른 것이다. 도 1의 단순화된 표현에서, 이것들은 시스템이 송신하고 있지만 수신할 수 없는 시간에 대응하는 범위들이다. 이것은 위에서 가시성의 문제로 언급되었다. 일반적으로 이용되는 펄스 반복 주파수의 개수는 요구되는 가시성의 레벨에 따라 두 개에서 여덟 개까지 변화한다. 그러나, 각 펄스 반복 주파수의 누적 과정에 배분될 수 있는 시간의 양은 펄스 반복 주파수의 개수가 증가 됨에 따라 감소한다. 신호대잡음비는 위상정합 누적 구간 지속에 비례하기 때문에, 펄스 반복 주파수의 개수가 증가 됨에 따라,각 펄스 반복 주파수의 신호대잡음비는 감소한다. 이것은 종래 기술의 유효성을 약하게한다.
본 발명의 목적은 표적의 위상정합에 의해 단독으로 허용되는 정도에 대한 누적 처리의 결과를 최대화하는 것이다.
첫 번째 측면에서, 본 발명은 펄스-도플러 위상정합 시스템에서 표적 동적 변수의 동시 계측을 허용하며, 표적 신호대잡음비 증강을 위한 방법을 제공한다. 방법은, 예를 들어, 감시와 추적레이더나 초음파 시스템에서 이용될 수 있다. 송신된 펄스의 시퀀스는 표적으로부터 반사되고 레이더로 수집되며 처리된다. 본 발명에 따라, 처리과정은 두 단계의 위상정합누적 처리를 포함한다. 이것이 한 단계의 위상정합누적 처리 후에 검출 결정을 하는 선행기술 방법과의 차이이다. 각 위상정합처리구간에 대한 위상정합이 아닌 조합은, 즉 검출 결과의 이진 누적은 선행기술 방법에서 행해지는 것처럼, 본 발명의 방법에서도 피한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 수신된 신호는, 예를 들어, 신호에서 이산 푸리에 변환을 수행함으로써 첫번째 위상정합누적 단계로 제시된다. 이것은 복소수값의 전개되지 않은 행렬(사용된 펄스 반복 주파수 각각에 하나)을 생성한다. 전개되지 않은 행렬은 전개되고 다시 샘플링된다. 새로운 행렬은 원래 행렬의 복소수값 보간(interpolation)으로 생성된다. 표적 운동의 설명을 위해, 도플러 위상 보정은 각 보간된 행렬마다 필요하다. 연속적인 위상정합처리구간은 첫번째 위상정합처리구간에 상대적으로 특정 딜레이가 있다. 이러한 딜레이들은 전개된 연속적인 위상정합처리구간들의 각 셀이 셀의 도플러 주파수와 그 셀을 포함하는 위상정합처리구간의 시간 딜레이에 의해 결정되는 위상만큼 이동되는 것을 수반한다. 이 위상 변화는 연산될 수 있고 그 영향은 각 셀에 대해 보상될 수 있다. 보정된 도플러 위상 행렬은 두 번째 위상정합 누적단계에서 더해진다. 결과 행렬은 상이한 위상정합처리구간으로부터 수신된 전개된 범위-도플러 행렬의 위상정합 합을 포함하는 셀들로 구성된다. 그것은 모든 지정된 레이더 범위와 도플러 주파수를 커버한다. 결과 행렬은 각 셀의 크기를 가지는, 실수값인 행렬 A로 변환된다. 검출은 행렬의 각 셀에서 수행된다.
표적 검출에 관한 결정은 어떤 중간의 논리적인 결정 없이 오직 표적 구간의 시간동안 수집된, 전체 신호의 누적 후에 이루어진다.
두번째 측면에서, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 표적 검출을 위해 구성된 펄스-도플러 위상정합 시스템을 제공한다.
본 발명의 이해를 위해 그리고 실제 어떻게 이행되는지 알기 위해, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시형태가 묘사되나, 이는 예시적인 것에 불과하다.
도 1은 표적 검출의 모호성 해결에 관한 선행기술 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 펄스-도플러 위상정합 시스템에서의 표적 검출에 관한 선행기술 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 펄스-도플러 위상정합 시스템에서의 표적 검출에 관한 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 방법을 이행하는 시스템의 기능을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 펄스-도플러 위상정합 시스템에서의 표적 검출에 관한 방법을 나타낸 도면이다. (50)에서 신호
Figure 112008034976719-PCT00017
은 PRI는 펄스 비율 구간이고, RG는 하나의 범위 게이트의 지속시간이고 tl은 어떤 참조 포인트로부터 카운트되는 l번째 위상정합처리구간의 시작 -예를 들어 첫번째 위상정합처리구간의 시작- 시간일 때, l은 펄스 반복 주파수 인덱스이고, 이때 l은 1 내지 L이며, L은 사용된 펄스 반복 주파수의 수, n은 신호에서 펄스 개수, m은 범위 게이트, 그리고 tnm는 펄스 n의 범위 게이트 m의 신호의 샘플링 시간, 그리고
Figure 112008034976719-PCT00018
로 주어진, 사용된 각 펄스 반복 주파수에 대해 수신된다. (52)에서, 신호
Figure 112008034976719-PCT00019
은 k는 도플러 주파수의 인덱스, K는 도플러 주파수의 개수, N은 신호에서 펄스의 개수, wn은 가중 인자, 그리고 M(l)은 펄스 반복 주파수 l의 범위 게이트의 개수일 때, 신호
Figure 112008034976719-PCT00020
를 생성하기 위해 신호
Figure 112008034976719-PCT00021
에 이산 푸리에 변환이 수행되는 위상정합누적으로 제시된다. (54)에서, 복소수 행렬 X l 은 k=k' 모듈 K, 그리고 m=m' 모듈 M일 때,
Figure 112008034976719-PCT00022
를 세팅함으로써, [Rmin,Rmax]이 미리 정해진 관심 검출 지역일 때 Rmin<mRG<Rmax에 대한 m'의 값에 대한, 그리고 [Dmin,Dmax]이 미리 정해진 관심 도플러 주파수 지역일 때 Dmin<k'·PRF/K<Dmax에 대한 k'에 대한
Figure 112008034976719-PCT00023
를 규정함으로써 전개된다. (56)에서, 행렬 X l 은 다음과 같이, 인덱스 k', m', 새로운 인덱스 p, 그리고 q의 각각의 쌍에 대해 규정함으로써 다시 샘플링된다. 관심 범위는 미리 정해진 길이 △r의 하위 구간으로 나누어진다. p의 값은 Rp = Rmin + p·△r가 범위 게이트 m으로 표시되는 범위에 가장 가깝도록 모든 허용된 p의 값들(즉, 0≤p·△r≤Rmax-Rmin 에 대한 p의 누적값) 사이에서 찾아진다. 구간 [Dmin,Dmax]은 미리 정해진 길이 △d의 하위구간으로 나누어진다. q의 값은 Dq = Dmin + q·△d가 k에 가장 가깝도록 모든 허용된 q의 값들(즉, 0≤q·△d≤Dmax-Dmin 에 대한 q의 누적값) 사이에서 찾아진다. 새로운 행렬 XI (l) 은 인덱스 p q의 근처의 인덱스 k' m'에 대한,
Figure 112008034976719-PCT00024
이 하나 또는 그 이상의
Figure 112008034976719-PCT00025
의 값들의 복소수값 보간에 의해 얻어질 때 (58)에서 생성된다. 본 발명에 따라서 어떠한 보간 방법도 사용될 수 있다. 보간은 선형 보간이거나 고차의 보간일 수 있다. (60)에서, 도플러 위상 보정은
Figure 112008034976719-PCT00026
에 의해 규정되는 행렬 Y(l)을 산출 하기 위해 행렬 XI (l) 각각에 대해 수행된다.
실수값인 행렬 A은
Figure 112008034976719-PCT00027
인, (62)에서 연산된다.
Figure 112008034976719-PCT00028
이 복소수값이기 때문에, A의 연산은 위상정합 단계이다. (64)에서, 각각의 인덱스 쌍에 대해, 합 A p ,q 가 미리 정해진 문턱값 A보다 크거나 같은지 결정된다. 만약 크거나 같다면, (66)에서 표적이 관련된 인덱스 p,q를 가지는 위치에서 검출되고, 처리과정은 종료된다. 그렇지 않다면, (68)에서 표적이 관련된 인덱스 p, q를 가지는 위치에서 검출되지 않고 처리과정이 종료되는 것으로 결정된다.
도 4는 도 3을 참조하여 상기에서 설명된 본 발명의 방법에 따른 다중의 위상정합처리구간의 위상정합누적을 이행하는 시스템(80)의 기능을 나타낸 블록도이다. 시스템(80)은 물체(82)를 추적하기 위한 송신안테나를 가지는 송신기(81)와 물체로부터 반사된 에코 신호를 수신하기 위한 수신안테나를 가지는 수신기(83)를 포함한다. 고속 푸리에 변환 장치(84)는 수신기(83)의 출력과 연결되고, 복수의 위상정합처리구간 메모리(86)-(89)는 고속 푸리에 변환 장치(84)의 출력과 연결된다. 복수의 유사한 보간 장치(90)-(93)는 위상정합처리구간 메모리와 연결되고, 복수의 유사한 전개 장치(94)-(97)는 보간 장치의 출력 각각에 연결된다. 위상 보정 장치(98)는 전개 장치와 연결되고, 가산 장치(99)는 위상 보정 장치와 연결되며, 검출 결정 장치(100)는 위상 보정 장치의 출력과 연결된다.
송신기(81)는 펄스 반복 주파수 값에 의해 특징지어지는 신호의 시퀀스를 송 신 안테나를 통해 생성하고 전송한다. 전자기파는 물체(82)에 도달하고 그것의 에코가 수신 안테나를 통해 디지털 수신기(83)로 돌아온다. 손실을 없애기 위해 보통 송신과 수신 안테나는 같은 물리적인 장치로 이행될 수 있다. 수신기(83)는 송신된 신호와 매치되고 디지털화된 샘플은 출력이 각 펄스 반복 주파수에 대한 위상정합처리구간의 시퀀스인 고속 푸리에 변환 장치(84)로 전송된다. 각 위상정합처리구간의 스펙트럼은 메모리(86)-(89)들 각각에 저장되어 각 메모리는 특정 펄스 반복 주파수에 대한 위상정합처리구간 스펙트럼 각각을 저장하도록 한다. 수신된 신호는 범위-도플러 셀에 관하여 위상정합처리구간에서 위상정합처리구간으로 살짝 이동된다. '눈금(grid)', '지도(map)', 그리고 '셀(cells)'과 같은 용어는 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일하고 교환될 수 있게 사용된다. 보간 장치(90)-(93)는 전술한 셀에 관하여 위상정합처리구간 신호를 조절한다. 보간의 결과는 위상정합처리구간 범위 -범위와 속도의 설치된 값까지의 도플러 지도- 를 반복함으로써 전개 장치(94)-(97)에 의해 전개된다. 각 전개 지도는 각각의 복소수 지수로 지도의 각 셀의 콘텐츠를 복합화함으로써 위상 보정 장치(98)에 의해 위상-보정된다. 각 복소수 지수의 위상은 도플러 주파수의 제품과 어떤 참조시간에 관하여 측정되는 대략적인 위상정합처리구간의 시작 시간에 비례한다. 시스템(80)의 성공적인 동작은 이러한 시간들의 정확한 측정을 요구한다. 위상 보정 지도는 검출 장치(100)로 전송되는, 하나의 지도를 생성하는 가산 장치(99)로 전송된다. 검출 장치(100)는 결과 지도의 각 셀의 절대값을 연산하고 표적 검출 결정을 제공하기 위해 결과 절대값과 각각의 문턱값을 비교한다.
본 발명에 따른 시스템이 프로그램화된 컴퓨터에서 적합할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 마찬가지로, 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 컴퓨터로 판독 가능한 컴퓨터 프로그램을 예기한다. 본 발명은 더 나아가서 본 발명의 방법을 수행하기 위한 기계로 실행 가능한 명령 프로그램을 명확하게 구현하는 기계로 판독 가능한 메모리를 예기한다.

Claims (24)

  1. 표적 범위와 도플러 변수의 동시 검출과 계측을 허용하는, 펄스-도플러 다중-펄스 반복 주파수(PRF: Pulse Repetition Frequency) 위상정합 시스템에서 표적 신호-대-잡음비(SNR: Signal-to Noise Ratio)를 최대화하는 방법에 있어서, 둘 또는 그 이상의 위상정합처리구간(CPI: Coherent Processing Intervals)의 위상정합누적에 이어, 그들 각각의 출력의 위상정합누적을 실시하는 단계를 포함하는, 표적 신호-대-잡음비를 최대화하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 어떤 중간의 검출 결정 없이 전체 표적 구간의 시간 동안 수집된 샘플을 누적시키는 단계를 포함하는, 표적 신호-대-잡음비를 최대화하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상이한 위상정합처리구간의 도플러 셀의 위상 편차를 보정하기 위해 사용되는, 표적 신호-대-잡음비를 최대화하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상이한 위상정합처리구간에서 신호의 도플러 보간(interpolation)을 위해 사용되는, 표적 신호-대-잡음비를 최대화하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상이한 위상정합처리구간에서 표적 신호의 범위 보간을 위 해 사용되는, 표적 신호-대-잡음비를 최대화하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 표적 구간의 시간 내에서 각각의 위상정합처리구간의 총 복소수 스펙트럼 데이터의 데이터 임시 저장을 위해 사용되는 표적 신호-대-잡음비를 최대화하는 방법.
  7. 표적 범위와 도플러 변수의 동시 계측을 허용하는, 파형의 적어도 하나의 변수에 의해 달라지는 시간의 부분으로 이루어지는 표적 구간에서 전체 시간 동안 신호의 위상정합누적을 포함하는 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법에 있어서,
    (a) l은 펄스 반복 주파수 인덱스이고, 이때 l은 1 내지 L이며, L은 사용된 펄스 반복 주파수의 수, n은 신호에서 펄스 개수, m은 범위 게이트, 그리고 tn ,m는 펄스 n의 범위 게이트 m의 신호의 샘플링 시간일 때, 둘 또는 그 이상의 펄스 반복 주파수 각각에 대해서 복소수 신호
    Figure 112008034976719-PCT00029
    를 얻는 단계;
    (b) l은 1 내지 L에 대해서 복소수 행렬 X l 를 생성하기 위한 신호
    Figure 112008034976719-PCT00030
    의 위상정합누적을 수행하는 단계;
    (c) l은 0 내지 L-1에 대해서 복소수 전개 행렬
    Figure 112008034976719-PCT00031
    을 생성하기 위한 행렬 X l 을 전개시키는 단계; 및
    (d) 하나 또는 그 이상의 전개 행렬
    Figure 112008034976719-PCT00032
    을 수반하는 처리과정에서 표적 검출을 수행하는 단계
    를 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 위상정합누적을 수행하는 단계는 k가 도플러 주파수의 인덱스, K가 도플러 주파수의 수, N이 신호에서 펄스의 수, wn이 가중 인자, 그리고 M(l)이 펄스 반복 주파수 l의 범위 게이트의 수일 때, 하나 또는 그 이상의 신호
    Figure 112008034976719-PCT00033
    를 생성하기 위한 하나 또는 그 이상의 신호
    Figure 112008034976719-PCT00034
    에 대한 이산 푸리에 변환을 연산하는 단계를 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 행렬 X l 을 전개시키는 단계는
    (a) k=k' 모듈 K, 그리고 m=m' 모듈 M일 때,
    Figure 112008034976719-PCT00035
    를 세팅함으로써, [Rmin,Rmax]이 미리 정해진 관심 검출 지역일 때 Rmin<mRG<Rmax에 대한 m'의 값에 대한, 그리고 [Dmin,Dmax]이 미리 정해진 관심 도플러 주파수 지역일 때 Dmin<k'·PRF/K<Dmax에 대한 k'에 대한
    Figure 112008034976719-PCT00036
    를 규정하는 단계
    를 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 행렬 X l 을 전개시키는 단계는 행렬 X l 을 다시 샘플링하는 단계를 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 행렬 X l 을 다시 샘플링하는 단계는 이하의 (b) 내지 (e) 단계에 의해 인덱스 k'm'의 각각의 쌍에 대해서, 새로운 인덱스 p와 q를 규정하는 단계를 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법:
    (b) 관심 구간 [Rmin,Rmax]을 하나 또는 그 이상의 미리 정해진 길이 △r의 하위 구간으로 분리하는 단계;
    (c) Rp = Rmin + p·△r이 범위 게이트 m으로 표시되는 범위에 가장 가깝게 되도록 0≤p·△r≤Rmax-Rmin에 대한 p의 모든 값들 중에서 p의 값을 결정하는 단계;
    (d) 구간 [Dmin,Dmax]을 하나 또는 그 이상의 미리 정해진 길이 △q의 하위 구간으로 분리하는 단계; 및
    (e) Dq = Dmin + q·△q가 k에 가장 가깝게 되도록 0≤q·△q≤Dmax-Dmin에 대한 q의 모든 값들 중에서 q의 값을 결정하는 단계.
  12. 제 11항에 있어서, 인덱스 p q의 근처의 인덱스 k' m'에 대해서,
    Figure 112008034976719-PCT00037
    이 하나 또는 그 이상의
    Figure 112008034976719-PCT00038
    의 값들의 보간에 의해 얻어질 때 하나 또는 그 이상의 행렬 XI (l) 을 생성하는 단계를 더 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 행렬 XI (l) 에 대해 도플러 보상을 수행하는 단계를 더 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 도플러 보상을 수행하는 단계는
    Figure 112008034976719-PCT00039
    에 의해 규정되는 행렬 Y(l)을 연산하는 단계를 포함하는, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 표적 검출을 수행하는 단계는
    (f)
    Figure 112008034976719-PCT00040
    일 때 실수값을 가지는 행렬 A를 연산하는 단계; 및
    (g) 하나 또는 그 이상의 인덱스 쌍 각각에 대해 Ap ,q의 값이 미리 정해진 문턱값 T보다 크거나 같은지 판단하는 단계를 포함하되, Ap ,q의 값이 T보다 크거나 같으면 표적이 관련된 인덱스 p, q를 가지는 위치에서 검출되고 Ap ,q의 값이 T보다 작거나 같으면 표적이 관련된 인덱스 p, q를 가지는 위치에서 검출되지 않는 것인, 표적으로부터 수신되는 신호를 처리하는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도플러 변수는 레이더 시스템 또는 초음파 시스템을 이용하여 얻어지는 것인, 방법.
  17. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 방법에 의한 표적 검출을 위해 구성된 펄스-도플러 위상정합 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 레이더 시스템 또는 초음파 시스템인 펄스-도플러 위상정합 시스템.
  19. 제 7항 내지 제 15항 중 어느 한 항의 방법에 의한 표적 검출을 위해 구성된 펄스-도플러 위상정합 시스템.
  20. 제 19항에 있어서, 레이더 시스템 또는 초음파 시스템인 펄스-도플러 위상정 합 시스템.
  21. 펄스-도플러 위상정합 시스템에서 표적 검출 방법을 수행하기 위한 기계로 실행 가능한 명령 프로그램을 명확하게 구현하는, 기계로 판독 가능한 프로그램 저장 장치에 있어서, 상기 방법은
    (a) l은 펄스 반복 주파수 인덱스이고, 이때 l은 0 내기 L-1이며, L은 사용된 펄스 반복 주파수의 수, n은 신호에서 펄스 개수, m은 범위 게이트, 그리고 tn ,m는 펄스 n의 범위 게이트 m의 신호의 샘플링 시간일 때, 둘 또는 그 이상의 펄스 반복 주파수의 각각에 대해서
    Figure 112008034976719-PCT00041
    신호를 얻는 단계;
    (b) l은 1 내지 L-1에 대해서 행렬 X l 을 생성하기 위한 신호
    Figure 112008034976719-PCT00042
    의 위상정합누적을 수행하는 단계;
    (c) l은 0 내지 L-1에 대해서, 전개 행렬
    Figure 112008034976719-PCT00043
    를 생성하기 위한 행렬 X l 을 전개시키는 단계; 및
    (d) 하나 또는 그 이상의 전개 행렬
    Figure 112008034976719-PCT00044
    을 수반하는 처리과정에서 표적 검출을 수행하는 단계
    를 포함하는 것인, 기계로 판독 가능한 프로그램 저장 장치.
  22. 펄스-도플러 위상정합 시스템에서 표적 검출을 위해 구현되는 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드를 가지는 컴퓨터로 이용 가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서,
    l은 펄스 반복 주파수 인덱스이고, 이때 l은 0 내지 L-1이며, L은 사용된 펄스 반복 주파수의 수, n은 신호에서 펄스 개수, m은 범위 게이트, 그리고 tn ,m는 펄스 n의 범위 게이트 m의 신호의 샘플링 시간일 때, 둘 또는 그 이상의 펄스 반복 주파수의 각각에 대해서 컴퓨터가 신호
    Figure 112008034976719-PCT00045
    를 얻게 하는 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드;
    l은 1 내지 L-1에 대해서 행렬 X l 을 생성하기 위해 컴퓨터에 신호
    Figure 112008034976719-PCT00046
    의 위상정합누적을 수행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드;
    l은 0 내지 L-1에 대해서 전개 행렬
    Figure 112008034976719-PCT00047
    를 생성하기 위해 컴퓨터에 행렬 X l 을 전개시키는 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드; 및
    하나 또는 그 이상의 전개 행렬
    Figure 112008034976719-PCT00048
    을 수반하는 처리과정에서 컴퓨터에 표적 검출을 수행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드
    를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
  23. 펄스-도플러 위상정합 시스템에서 표적 검출에 대한 방법을 수행하기 위한 기계로 실행 가능한 명령 프로그램을 명확하게 구현하는, 기계로 판독 가능한 프로그램 저장 장치에 있어서, 상기 방법은
    각각의 위상정합처리구간 도플러 셀의 위상을 보정하는 단계;
    각각의 위상정합처리구간 신호의 범위를 보정하는 단계; 및
    전체 표적 구간의 시간의 누적된 신호를 위상정합으로 얻기 위해 전개된 수정된 범위-도플러 지도를 합산하는 단계
    를 포함하는, 기계로 판독 가능한 프로그램 저장 장치.
  24. 전체 표적 구간의 시간에 기초해서 컴퓨터에 표적 검출과 동시에 표적 변수의 계측을 수행시키는 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드.
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