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Weibull 분포 레이더 클러터의 근사적 모델링 기법
Approximated Modeling Technique of Weibull Distributed Radar Clutter 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.822 - 830  

남창호 (국방과학연구소) ,  나성웅 (충남대학교 전기정보통신공학부)

초록
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클러터는 레이더로 수신되는 불필요한 신호로 표적 탐지에 영향을 준다. 레이더 클러터는 진폭 분포, 주파수 스펙트럼 등과 같은 특성으로 정의되며, 이러한 특성을 충분히 고려하여 클러터 모델링 및 신호 생성이 되어야 한다. 본 논문에서는 다양한 클러터의 모델링에 광범위하게 사용되는 Weibull 분포 함수를 균일 분포 함수를 이용하여 단순화한 근사적 모델링 기법에 대하여 제안한다. 제안된 Weibull 분포 함수 근사 해에 의해 발생된 데이터가 원 Weibull 확률 밀도 함수를 만족하며, 생성 시간은 약 20 % 감소함을 실험 결과를 통하여 입증한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Clutters are all unwanted radar returns to affect on detection of targets. Radar clutter is characterized by amplitude distributions, spectrum, etc. Clutter is modelled with considering these kinds of characteristics. In this paper, a Weibull distribution function approximated by uniform distributio...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 여러 가지 주파수와 고 분해능 레이더에 대한 지면 클러터 모델링에도 유용하게 사용된다. 본 논문에서는 Weibull 분포 레이더 클러터 생성시 사용되고 있는 Weibull 분포 함수의 근사 해를 제안하였다. 실험 결과에서는 원 Weibull 분포 함수에 의해 발생된 불규칙 신호와 Weibull 분포 함수의 근사 해에 의해 발생된 불규칙 신호의 히스토그램(Histogram) 을 비교하여 그 분포가 거의 유사함을 입증한다.
  • Weibull 클러터 데이터도 Weibull 분포를 갖는 불규칙 수열로 표현할 수 있으므로, Weibull 누적 분포함수(cumulative distribution function)와 균일 분포 누적 분포 함수를 함께 이용하여 생성하며, 이러한 생성 방법은 계산 시간이 많이 소요된다. 본 논문에서는 Weibull 분포 레이더 클러터 생성을 위해 역 변환 방법에 따라 균일 분포 함수를 이용하여 단순화한 Weibull 클러터 데이터의 근사적 모델링 기법에 대하여 제안한다. 이 Weibull 분포 함수 근사 해에 의해 생성된 신호 분포는 원 Weibull 확률 밀도 함수와 거의 유사하고, 원 Weibull 분포 함수에 비해 클러터 신호 생성 시간이 약 20 % 감소됨을 실험결과를 통하여 입증한다.
  • 본 논문에서는 Weibull 분포의 속성 및 적용 범위에 대하여 소개하고, Weibull 분포를 가지는 레이더 클러터의 모델링 방법에 대하여 논한다. 현대 레이더는 고 분해능을 요구하므로, 레이더에서의 샘플 간격인 분해능 셀이 작게 요구된다.
  • 본 논문에서는 Weibull 확률 밀도 함수를 만족하는 Weibull 분포 함수 근사 해와 그 생성 시간에 대해 논의하였다. Weibull 분포 함수 근사 해에 의해 발생된 불규칙 신호가 Weibull 확률 밀도 함수를 충족하며, 원 Weibull 분포 함수에 의해 발생된 신호와 거의 일치함을 히스토그램을 통하여 입증하였다.
  • 위에서 논의된 바와 같이 레이더 클러터는 진폭 분포, 주파수 스펙트럼 등과 같은 특성을 고려하여 모델링되어야 하며, 본 논문에서는 진폭 분포중 Weibull 분포를 갖는 클러터 신호 모델링 방법에 대하여 논의한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이더 클러터는 어떤 특성으로 정의되는가? 클러터는 레이더로 수신되는 불필요한 신호로 표적 탐지에 영향을 준다. 레이더 클러터는 진폭 분포, 주파수 스펙트럼 등과 같은 특성으로 정의되며, 이러한 특성을 충분히 고려하여 클러터 모델링 및 신호 생성이 되어야 한다. 본 논문에서는 다양한 클러터의 모델링에 광범위하게 사용되는 Weibull 분포 함수를 균일 분포 함수를 이용하여 단순화한 근사적 모델링 기법에 대하여 제안한다.
클러터잔존량이 많아질 때 생기는 문제점은 무엇인가? 그 이유는 분해능 셀이 작아 짐에 따라 종래의 평균값이 영인 가우시안 클러터 (zero mean Gaussian clutter) 모델을 적용하면 클러터잔존량이 많아지기 때문이었다. 이러한 클러터 잔존 신호는 허위 표적 발생의 원인이 되므로, 허위표적발생 억제를 위해 새로운 클러터 분포 모델이 필요 하게 되었다. 이러한 점을 보완하기 위해 Weibull 분포와 로그-노멀(Log-normal) 분포 등을 갖는 클러터 모델에 대한 연구가 진행되었다[6]~[9].
클러터는 어떤 것들로 분류할 수 있는가? 클러터는 레이더로 수신되는 불필요한 신호로 정의된다[1],[2]. 클러터는 반사되는 장소 관점에서 지상에서 반사되는 지면 클러터(산, 나무 등)와 바다에서 반사되는 해면 클러터(파도), 대기에서 반사되는 기상 클러터(강우, 눈 등) 등으로 분류된다. 종래의 레이더에서 클러터 모델은 전력에 대해서는 Chi-square 밀도 함수, 진폭에 대해서는 Rayleigh 밀도 함수로 모델링되었다[3],[4].
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참고문헌 (15)

  1. D. K. Barton, Modern Radar System Analysis, Boston, MA, Artech House, 1988. 

  2. F. E. Nathanson, J. P. Reilly, and M. N. Cohen, Radar Design Principles, 2nd Edition, New York, Mc- Graw-Hill, 1991. 

  3. J. I. Marcum, "A statistical theory of target detection by pulsed radar", IEEE Transactions on Information Theory, vol. 6, no. 2, pp. 259-267, Apr. 1960. 

  4. P. Swerling, "Probability of detection for fluctuating targets", IEEE Transactions on Information Theory, vol. 6, no. 2, pp. 269-308, Apr. 1960. 

  5. G. V. Trunk, S. F. George, "Detection of targets in non- Gaussian sea clutter", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 6, no. 5, pp. 620- 628, Sep. 1970. 

  6. M. Sekine, Y. Mao, Weibull Radar Clutter, London, Peter Peregrinus Ltd., 1990. 

  7. D. C. Schleher, "Radar detection in Weibull clutter", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 12, no. 6, pp. 736-743, Nov. 1976. 

  8. D. A. Shnidman, "Comparison of low angle radar clutter models", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 41, no. 2, pp. 736-746, Apr. 2005. 

  9. D. A. Shnidman, "Generalized radar clutter model", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 35, no. 3, pp. 857-865, Jul. 1999. 

  10. G. B. Goldstein, "False alarm regulation in log-normal and Weibull clutter", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 9, pp. 84-92, Jan. 1973. 

  11. M. Abramowitz, I. A. Stegun, Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs, and Mathematical Tables, New York, Dover Publications, Inc., 1965. 

  12. D. K. Barton, Radar System Analysis and Modeling, Norwood, MA, Artech House, 2005. 

  13. M. I. Skolnik, Introduction to Radar Systems, 3rd Edition, New York, McGraw-Hill, 2001. 

  14. F. E. Nathanson, Radar Design Principles, New York, McGraw-Hill, 1969. 

  15. V. Anastassopoulos, G. A. Lampropoulos, "Optimal CFAR detection in Weibull clutter", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 31, no. 1, pp. 52-64, Jan. 1995. 

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