[논문]도플러 레이더를 이용한 포구속도 계측 시 클러터 제거 방법

김형래

doi:10.12673/jant.2019.23.2.142

도플러 레이더를 이용한 포구속도 계측 시 클러터 제거 방법
Removal of Clutter from Doppler Radar Signal to Measure Accurate Muzzle Velocity 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.23 no.2 = no.95, 2019년, pp.142 - 150

김형래 (국방과학연구소 제5기술연구본부)

초록
AI-Helper

포구속도는 총포탄약의 평가에 있어 가장 중요한 계측항목들 중 하나이다. 포구속도는 포탄이 포구를 떠나는 시점의 속도로 정의된다. 특히, 포구속도는 추진제의 성능과 밀접하게 관련이 있기 때문에 정확한 측정이 요구된다. 포구속도의 측정에는 도플러 레이더가 사용되나, 도플러 레이더 신호의 품질은 시험장 환경에 의존한다. 따라서 본 논문에서는 도플러 레이더의 신호 품질을 악화시키는 클러터를 시험장 구조 및 신호처리 방법의 개선을 통해 제거하는 방법을 제시하였다. 개선된 신호처리 방법의 적용을 위해 도플러 레이더의 원시 도플러 데이터를 획득하는 프로그램을 작성하였다. 시험장 구조 및 신호처리 방법의 개선을 통해 얻어진 속도 데이터에 대한 통계적인 검증으로 제안하는 방법이 기존에 사용하던 방법에 비해 클러터 제거에 효과가 있음을 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Muzzle Velocity is one of the most important measurement items for evaluation of ammunition. The muzzle velocity is defined as the velocity when the projectile leaves the muzzle. Particularly, since the muzzle velocity is closely related to the performance of the propellant, precise measurement of muzzle velocity is required. Doppler radar is used to measure the muzzle velocity, but the quality of Doppler radar signal depends on the test site environment. In this paper, a method to remove the clutter that degrades the signal quality of Doppler radar by improving the structure of the test site and the signal processing method is suggested. For the application of the improved signal processing method, a program for acquiring Doppler radar's raw Doppler data was created. Statistical verification of the velocity data obtained through the improvement of the test site structure and signal processing method proved that the proposed method is effective for the removal of clutter as compared with the existing method.

주제어

표/그림 (19)

그림 그림 1. 와이벨사의 도플러 레이더 Fig. 1. Doppler radar of Weibel. Co.
그림 그림 2. 도플러 효과를 이용한 속도 계측 Fig. 2. Velocity measure using Doppler effect.
그림 그림 3. 시간에 따른 도플러 신호의 변화 Fig. 3. Time profile of Doppler signal.
표 표 1. 도플러 레이더(SL-520PE)의 규격 Table 1. Specification of Doppler radar(SL-520PE).
그림 그림 4. 중첩 기법 Fig. 4. Principle of overlap.
그림 그림 5. 주파수에 따른 도플러 신호의 변화 Fig. 5. Frequency profile of Doppler signal.
그림 그림 6. 탄의 진행경로에 있는 클러터 Fig. 6. Clutter in the path of projectile.
그림 그림 7. 초기 데이터에 대한 화염과 진동의 영향 Fig. 7. Influence of flame and vibration on initial data.
그림 그림 8. 벽과 탄에 반사된 신호의 전력 비교 Fig. 8. Comparison of reflected signal power between the wall and the projectile.
그림 그림 9. 고각 사격에서 계측된 속도 데이터와 곡선 적합을 거친 속도 데이터의 차이 Fig. 9. Difference between measured and fitted velocity data in high-angle fire.
그림 그림 10. 탄받이 사격에서 계측된 속도 데이터와 곡선 적합을 거친 속도 데이터의 차이(경사면을 쌓기 전) Fig. 10. Difference between measured and fitted velocity data in low-angle fire(before the slope is piled up).
그림 그림 11(a). 신호의 방향 분석을 위한 삼각형(좌측) 그림 11(b). 기하학적 분석(우측) Fig. 11(a). Triangle to analyze the direction of signal(left). Fig. 11(b). Geometric analysis(right).
그림 그림 12. 옹벽을 따라 흙으로 쌓은 경사면 전경 Fig. 12. The slope piled up along the wall with dirt.
그림 그림 14. 탄받이 사격에서 계측된 속도 데이터와 곡선 적합을 거친 속도 데이터의 차이(경사면을 쌓은 후) Fig. 14. Difference between measured and fitted velocitydata in low-angle fire(after the slope is piled up).
그림 그림 13(a). 경사면 쌓기 전 전파의 진행경로(좌측) 그림 13(b). 경사면 쌓은 후 전파의 진행경로(우측) Fig. 13(a). Propagation of wave before the slope is piled up(left). Fig. 13(b). Propagation of wave after the slope is piled up(right).
표 표 2. 분산 비교 결과(경사면 쌓기 전, 후) Table 2. Variance comparison result (before vs. after).
그림 그림 15. 탄받이 사격에서 새로운 신호처리 방식을 통하여 계측된 속도 데이터와 곡선 적합을 거친 속도 데이터의 차이(경사면을 쌓은 후) Fig. 15. Difference between measured and fitted velocity data in low-angle fire with new signal processing method(after the slope is piled up).
표 표 3. 포구속도 비교 결과 Table 3. Muzzle velocity comparison result.
표 표 4. 분산 비교 결과(새로운 신호처리 방식, 기존 신호처리 방식) Table 4. Variance comparison result(new method vs. old method).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도플러 레이더의 수신 신호 품질을 악화시키는 원인 세가지는?	세부적으로 전천후시험장에서 도플러 레이더의 수신 신호 품질을 악화시키는 원인을 세 가지로 정리할 수 있다. 첫 번째는 폭압으로 인한 진동, 두 번째는 탄의 경로에 존재하는 고정된 주변 환경의 전자파 산란에 의한 클러터, 세 번째는 다중경로 (multi path) 클러터이다.
	포구속도란 무엇인가?	총포시스템의 약실에서 점화기로부터 발생한 화염이 추진제를 점화하게 되면, 추진제가 급격하게 연소하면서 발생한 다량의 가스에 의해 강한 압력이 발생한다. 이 압력에 의해 포열 내에서 가속된 포탄이 포열을 빠져나오는 순간속도를 포구속도라고 한다[1],[2]. 포구속도는 탄의 사거리 및 추진제의 성능과 밀접하게 관련이 있다.
	탄받이사격에서 탄의 속도 데이터가 불안정해지는 이유는?	고각 사격의 경우 탄이 위로 발사되기 때문에 도플러 레이더를 이용하여 탄의 속도를 계측할 때 장애물에 의한 반사 신호가 없어 안정적으로 탄의 속도 데이터가 얻어진다. 그러나 탄받이사격의 경우 탄의 진행경로에 존재하는 장애물에 의한 반사 신호로 인해 탄의 속도 데이터가 불안정해진다.

참고문헌 (6)

V. Yang, T. B. Brill, and W. Z. Ren, Solid propellant chemistry, combustion and motor interior ballistics, The American Institute of Aeronautics and Astronautics, pp. 267-285, 2000.
S. Kwon, J. Hwang, M. Park, and M. Kim, "Thermal and internal ballistic properties of nitrocellulose based gun propellant Including RDX," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 20, No. 4, pp. 514-519, Oct. 2017.
US Army Aberdeen Proving Ground, Projectile velocity measurements, US Army Test and Evaluation Command, Maryland, TOP 4-2-805, 1982.
D. Kim, J. Lee, P. Bang, and S. Baek, "The effect of zero time on the muzzle velocity", in Korea Institute of Military Science and Technology Annual Conference Proceedings, Jeju: Korea, pp. 954-956, 2011
S. Sun, B. Cho, J. Lee, and J. K. Kim, "Ground-based clutter modeling for small target detection", in Korea Institute of Military Science and Technology Annual Conference Proceedings, Jeju: Korea, pp. 205-206, 2017
J. L. Farrell, and R. L. Taylor, "Doppler radar clutter," IEEE Transactions on Aerospace and Navigational Electronics, Vol. ANE-11, No. 3, pp. 162-172, Sep. 1964.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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