[논문]CW 도플러 레이더의 시각 분해능과 시선 속도 정확도의 관계

류충호; 장용식; 최익환

doi:10.5515/kjkiees.2012.23.7.815

CW 도플러 레이더의 시각 분해능과 시선 속도 정확도의 관계
The Relation of Time Resolution and Radial Velocity Accuracy of a CW Doppler Radar 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.23 no.7, 2012년, pp.815 - 821

류충호 (국방과학연구소 종합시험단) , 장용식 (국방과학연구소 종합시험단) , 최익환 (국방과학연구소 종합시험단)

초록
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CW 도플러 레이더는 움직이는 물체의 속도에 비례하는 도플러 주파수 편이를 검출함으로써 속도를 계측한다. 도플러 주파수 편이를 검출하기 위해서 시간영역에서 획득한 수신 신호를 주파수 영역으로 변환하기 위한 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행한다. 이때 FFT 개수에 의해 도플러 레이더의 시각 분해능이 달라진다. 또한, FFT 개수는 수신 신호의 신호 대 잡음비에도 영향을 미치므로, 결국 시선 속도의 정확도와도 관련 있다. 따라서 본 논문에서는 FFT 개수에 따라 달라지는 시각 분해능과 시선 속도 정확도의 관계를 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A CW Doppler radar can measure radial velocity of an object. It detects a Doppler frequency shift that is proportioned to radial velocity of a moving object. To detect a Doppler frequency shift, FFT(Fast Fourier Transform) is conducted. In this process, the time domain received signal is transformed to a frequency domain. A number of FFT affects not only the time resolution but also signal to noise ratio of received signal. So finally it is related with a radial velocity accuracy. Therefore in this paper, it is described the relation of time resolution and the radial velocity accuracy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 CW 레이더에서 표적으로부터 반사된 수신 신호를 신호 처리할 때 FFT 개수 변화에 따른 관측 시간과 시선 속도 분해능의 관계, 관측 시간의 변화에 따른 시각 분해능, 신호 대 잡음비, 시선 속도 정확도의 관계에 대해 기술하였다.
본 논문에서는 CW 레이더의 시각 분해능과 시선 속도 정확도의 관계를 제시하였다.

가설 설정

표적이 가지는 최대 시선 속도는 1,000 m/s이다. CW 표적 반사 신호의 표본화 주기는 최대 시선 속도에 대한 도플러 주파수 편이의 2배로 하며 신호 처리시 FFT 구간은 중첩하지 않는 것으로 설정하였다.
모의실험의 대상이 되는 표적의 RCS는 #을 설정하고, CW 레이더로부터 거리 10, 15, 20, 25, 30 km 지점에 있는 것으로 가정하였다.
따라서 FFT 구간을 중첩하지 않을 경우, FFT 개수의 변화에 대한 시각 분해능은 식 (6)을 이용하여 계산하면 그림 7과 같다. 주요 변수 값들은 3-1절에 적용한 가정을 적용하였다. 그림 7에서 보는 바와 같이 FFT 개수의 증가는 시각 분해능의 저하를 가져옴을 알 수 있다.

제안 방법

CW 레이더는 신호 처리 장치에서 IF(Intermediate Frequency) 수신기를 거친 표적으로부터 반사되어 수신된 CW 신호를 표본화(sampling)하고, 일정 구간의 표본화된 자료에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 시선 속도를 계측한다. 따라서 표본화 주기와 FFT 개수(FFT points: FFTP)에 따라 시선 속도에 대응되는 시각 분해능(resolution)이 달라진다.

대상 데이터

모의실험에 적용된 CW 레이더는 표적 추적이 가능하며, 주요 사양은 표 1과 같다. 모의실험의 대상이 되는 표적의 RCS는 #을 설정하고, CW 레이더로부터 거리 10, 15, 20, 25, 30 km 지점에 있는 것으로 가정하였다.

성능/효과

결과적으로 실제 계측에 있어서 CW 레이더로부터 거리가 멀어지는 표적에 대해 FFT 개수를 증가시킴으로써 관측 시간과 신호 대 잡음비를 증가시켜 추적 확률 및 시선 속도 정확도를 높일 수 있음을 알 수 있다. 반면 시선 속도에 대한 시각 분해능은 저하 된다.

후속연구

본 논문에서 확인한 CW 레이더의 수신 신호에 대한 FFT 처리시 FFT 개수를 포함한 여러 파라미터 간의 관계를 이용한다면 높은 추적 확률로 신뢰성 높은 계측을 하는데 도움이 될 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	레이더의 정의는 무엇인가?	레이더는 원거리(remote)에서 전자기파를 이용하여 대상 표적의 위치, 속도, 특성을 식별하는 시스 템으로 정의된다 [1] . 레이더는 추적 거리(range), 기능(function), 획득되는 정보(information), 주파수(frequency), PRF(Pulse Repetition Frequency), 설치되는 플랫폼(platform) 등에 따라 여러 가지로 분류 될 수있다 [2] .
	CW(Continuous Wave) 도플러 레이더의 장단점은 무엇인가?	CW 레이더는 송신파와 수신파의 주파수 편이로 부터 직접 속도 계측이 가능하고, 펄스(pulse) 도플러 레이더와 달리 속도 모호성(velocity ambiguity)이 발생하지 않는 장점을 가지는 반면, 하드웨어적으로송/수신 안테나가 분리되는 단점을 가진다 [4] .
	레이더를 분류하는 기준들은 어떤 것들이 있는가?	레이더는 원거리(remote)에서 전자기파를 이용하여 대상 표적의 위치, 속도, 특성을 식별하는 시스 템으로 정의된다 [1] . 레이더는 추적 거리(range), 기능(function), 획득되는 정보(information), 주파수(frequency), PRF(Pulse Repetition Frequency), 설치되는 플랫폼(platform) 등에 따라 여러 가지로 분류 될 수있다 [2] .

참고문헌 (10)

Merrill I. Skolnik, Introduction to Radar Systems, McGraw-Hill, pp. 1, 105, 34, 2001.
Bassem R. Mahafza, Radar Systems Analysis and Design using MATLAB, McGraw-Hill, pp. 1-4, 2005.
J. D. Pinezich, Jason Heller, and Ting Hu, "Ballistic projectile tracking using CW Doppler radar", IRE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 46, no. 3, p. 1302, Jul. 2010.

상세보기
Steve Whitfield, "Tomorrow's test range requirements, increasing demands and components", BAE Systems, p. 11, 2011.
J. Martin, "Range and Doppler accuracy improvement for pulse Doppler radar", Radar '97 Conference, Publ, no. 449, p. 439, Oct. 1997.
D. K. Barton, Radar System Analysis and Modeling, Artech House, pp. 424-425, 2005.
황규환, 표적운동분석 이론, 국방과학연구소 DSTC-509-030815, p. 9, 2003년.
Alan V. Oppenheim, Ronald W. SChafer, and John R. Buck, Discrete-Time Signal Processing, Prentice Hall, pp. 717, 696, 1998.
WEIBEL, Doppler Radar Theory Technical Note, WEIBEL UG-3031 1.0, pp. 4, 7, 2009.
Merrill I. Skolnik, "Theoretical accuracy of radar measurements", IRE Transactions on Aeronautical and Navigational Electronics, vol. ANE-7, pp. 123- 126, Dec. 1960.

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