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문제 정의
- 본 논문에는 PPI(plan position indicator)에 고속표적을 디스플레이 하기 위해서 레이더 빔을 송신하는 방향으로의 표적 탐지 및 레인징을 하는 코히어런트 방식을 제시한다. 즉 제시된 방법을 1차원 표적에 대한 탐지 및 레인징을 하는 것으로 기존 방법과는 달리 빔 송신 방향으로의 도플러 정보를 먼저 획득 한 후 이를 이용해서 수신신호 위상을 보상하고 레인지 프로세싱을 하는 과정을 거친다.
- 본 논문에서는 고속으로 이동하는 표적 탐지에 요구되는 높은 PRF조건에서 레인지-도플러 프로세싱을 통해서 이동표적의 탐지 및 레인징하는 신호처리 방법을 제안하였다. 이를 위해 송신신호로는 펄스폭이 좁은 다수의 펄스로 구성된 송신 펄스 트레인을 사용하고 한 펄스에 해당하는 수신신호 구간에서 하나의 샘플 값만을 취하여 도플러 필터링하는 방식을 사용하여, 도플러 주파수와 표적의 레인지 정보를 동시에 얻기 위해 상호 모순적으로 요구되는 펄스폭 문제를 해결하였으며 SNR이 -14dB인 환경에서 성공적으로 도플러 주파수를 검출하는 시뮬레이션 결과를 보였다.
가설 설정
- 레이더는 원점에 위치하고 있으면서 방향을 바꾸어 가며 공간을 스캔한다. 어느 한순간에 레이더 송신빔이 조사되는 1차원 빔 방향을 x축이라 하고 x축 상에 원점으로부터 xi (i= 1,⋯,N)만큼 떨어진 위치에 반사 계수가 fi (i= 1,⋯,N)인 정지된 표적들이 있다고 가정하자. 반사계수는 일반적으로 fi ≪ 1이므로, 송신신호가 표적에 도달하면 일부만 반사되어 수신기로 입력되고 나머지는 계속 진행하므로, 수신기는 좌표상의 모든 표적에 대하여 반사된 신호를 수신하게 된다.
- 레이더 빔에 이동표적들이 있는 경우를 생각하자. 빔이 조사되는 시간은 일반적으로 매우 짧으므로 빔이 조사되는 동안에 표적들의 속도는 일정하다고 가정한다. 빔이 조사되는 방향으로의 i번째 표적의 속도 벡터를 vi라 하자.
- TP를 크게 하는 경우 이동표적의 속도가 변한다면 도플러 추출 오차가 커지게 된다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 TP구간에 표적의 속도가 상수라고 가정하였다.
- 송신신호 진폭 a(t)는 128개의 펄스로 구성된 펄스열을 사용하였으며 도플러 측정을 위해서 매 펄스당 한번 샘플링한 샘플 값에 대해서 FFT를 취하였다. 표적의 속도는 프로세싱시간동안 750m/sec로 일정하다고 가정하여 10GHz 케리어 주파수에 의해서 50kHz의 도플러 주파수 천이를 일으키는 것으로 하였다. 그림 2는 도플러 주파수가 있는 경우 quadrature 수신기를 통과한 수신신호의 실수부를 표현한 것이다.
- 그림 4는 검출된 도플러 주파수를 수신신호에 보정한 경우, 보정하지 않은 경우, 보정 하였지만 도플러주파수 추정 오차가 발생한 경우(10kHz 오차발생)에 대한 이동표적 위치검출 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타낸다. 본 장에서 시뮬레이션 한 결과 도플러 주파수 오차는 무시할 정도이므로 임의로 20%오차, 즉, 10kHz의 오차가 있는 경우를 가정하였다. 그림 4의 결과에서 알 수 있듯이 수신신호를 보정한 경우 SNR 이 -14dB인 환경에서 이동하는 표적의 위치에서 피크가 검출되지만, 수신신호를 보정하지 않은 경우는 해당위치에서 컨벌루션 연산 결과 값이 상대적으로 작다는 것을 확인 할 수 있다.
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