항공기용 레이다 시스템의 효율적인 개발 및 성능 시험을 위해서는 탑재된 레이다 시스템의 특성 때문에 발생하는 강력한 클러터들의 모의 구현이 필수적이다. 이러한 클러터들의 모의 구현이 효율적으로 이루어질 수 있다면 실험실내에서의 알고리즘 검증, 분석 및 성능 평가 등이 가능하다. 따라서 매우 경제적이면서도 효과적인 시스템 설계 및 구현이 이루어질 수 있다. 그러나 이러한 클러터들은 항공기의 비행경로 또는 안테나 빔의 조향 각도, 지표면 반사정도 등에 따라 매우 다양한 형태로 발생하게 되고 따라서 클러터의 모의 구현이 매우 까다롭고 번거롭다는 것이 가장 큰 문제점이다. 따라서 본 논문에서는 항공기용 레이다에서 발생하는 다양한 형태의 클러터들을 효율적으로 모의구현할 수 있는 범용 도플러 전력 스펙트럼 모델을 제안하였다. 또한 이러한 범용 스펙트럼 모델에서의 파라미터 값들의 변경 및 조정을 통하여 실제로 시스템에서 필요로 하는 시간영역에서의 다양한 클러터들을 가변적으로 용이하게 발생시킬 수 있음을 보였다.
항공기용 레이다 시스템의 효율적인 개발 및 성능 시험을 위해서는 탑재된 레이다 시스템의 특성 때문에 발생하는 강력한 클러터들의 모의 구현이 필수적이다. 이러한 클러터들의 모의 구현이 효율적으로 이루어질 수 있다면 실험실내에서의 알고리즘 검증, 분석 및 성능 평가 등이 가능하다. 따라서 매우 경제적이면서도 효과적인 시스템 설계 및 구현이 이루어질 수 있다. 그러나 이러한 클러터들은 항공기의 비행경로 또는 안테나 빔의 조향 각도, 지표면 반사정도 등에 따라 매우 다양한 형태로 발생하게 되고 따라서 클러터의 모의 구현이 매우 까다롭고 번거롭다는 것이 가장 큰 문제점이다. 따라서 본 논문에서는 항공기용 레이다에서 발생하는 다양한 형태의 클러터들을 효율적으로 모의구현할 수 있는 범용 도플러 전력 스펙트럼 모델을 제안하였다. 또한 이러한 범용 스펙트럼 모델에서의 파라미터 값들의 변경 및 조정을 통하여 실제로 시스템에서 필요로 하는 시간영역에서의 다양한 클러터들을 가변적으로 용이하게 발생시킬 수 있음을 보였다.
Simulation of the strong clutter occurring from the airborne radar is essential in the efficient development and performance evaluation of the aircraft radar system. If the efficient simulation of the clutter can be successful, algorithms can be proved and analyzed and also the performance evaluatio...
Simulation of the strong clutter occurring from the airborne radar is essential in the efficient development and performance evaluation of the aircraft radar system. If the efficient simulation of the clutter can be successful, algorithms can be proved and analyzed and also the performance evaluation is possible in the laboratory environment. Therefore, development and implementation of the airborne radar system can be achieved very economically in the effective way. However, the clutter simulation procedure is very difficult and tedious since the clutter environment changes in numerous ways as it depends on the flight path, direction of antenna beam, reflectivity of the surface, etc.. Thus, in this paper, the general Doppler spectrum model is suggested for efficient simulation of the various clutter environment. Also, it is shown that the various type of clutter in time domain can be generated easily by changing and adjustment of parameters in the general Doppler spectrum model.
Simulation of the strong clutter occurring from the airborne radar is essential in the efficient development and performance evaluation of the aircraft radar system. If the efficient simulation of the clutter can be successful, algorithms can be proved and analyzed and also the performance evaluation is possible in the laboratory environment. Therefore, development and implementation of the airborne radar system can be achieved very economically in the effective way. However, the clutter simulation procedure is very difficult and tedious since the clutter environment changes in numerous ways as it depends on the flight path, direction of antenna beam, reflectivity of the surface, etc.. Thus, in this paper, the general Doppler spectrum model is suggested for efficient simulation of the various clutter environment. Also, it is shown that the various type of clutter in time domain can be generated easily by changing and adjustment of parameters in the general Doppler spectrum model.
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문제 정의
그러므로 본 논문에서는 이러한 항공기용 레이다 시스템에서 발생하는 다양한 클러터들을 효율적으로 모의구현하기 위하여 범용 도플러 전력 스펙트럼 모델을 제안하였다. 이와 같은 방법을 적용하면
후)도플러클러터">도플러 클러터 맵 (rangeDoppler clutter map) 을 얻을 수 있다. 이러한 클러터 맵은 거리에 따른 시간 영역 모의 신호로 구현되어 질 수 있고 목표물 탐지 및 클러터 제거 등의 성능 검증을 위한 목적으로 이용할 수 있다.
제안 방법
또한 여러 개의 도플러 스펙트럼 피크가 존재하는 경우도 포함할 수 있는 스펙트럼 모델이 되어야 한다. 그러므로 시스템의 운용 환경에 따라 매우 다양하게 발생하는 클러터 모델을 표현하기 위하여 중심 도플러 주파수 및 분산 값, 그리고 그 크기를 달리하는 여러 개의 가우시안 도플러 스펙트럼의 합으로 표시되는 범용 모델을 다음과 같이 제시하였다.
후)다음장에서는">다음 장에서는 이러한 범용 도플러 스펙트럼 모델을 이용하여 시간영역에서의 데이터, 즉 I(Inphase) 및 Q(Quadrature phase)를 얻는 방법에 관하여 고찰하였다.
후)주빔에">주 빔에 의한 지표면 또는 해수면 클러터들은 다양한 중심 도플러 주파수를 가지면서 나타나게 된다. 따라서 이러한 여러가지 상황을 가정하여 앞에서 제안한 도플러 스펙트럼 모델의 파라미터 값을 변경함으로서 시간 영역에서의 I, Q 데이터를 각 거리 셀 영역에서 얻은 후 전체적인 거리 및 도플러 셀 영역에서의 클러터 맵이 어떻게 형성되는지 보이고자 한다. 그림 1은 항공기의 고도 및 비행 방향, 비행 속도, 그리고
후)가우시 안">가우시안 형태의 도플러 전력 스펙트럼으로 나타내었으며 CNR(clutter to noise ratio), SNR(signal to noise ratio)에 따라서 상대적인 크기가 다르게 나타난다. 여기서는 항공기의 비행방향 및 속도에 따른 조향 각도(grazing angle), 도플러 주파수 천이, 거리 값을 고려하여 상대적인 전력 값 및 도플러 스펙트럼이 나타나도록 구현하였다.
성능/효과
결과 그림들에서 볼 수 있는 것처럼 도플러 스펙트럼 모델들에서의 파라미터들과 항공기의 비행 속도 및 방향, 안테나의 빔 폭 및 방향등 관련된 비행 정보 및 레이다 운용 파라미터 값들만을 상황에 맞게 변경함으로서 실제와 거의 유사한 매우 다양한 형태의 클러터들을 나타낼 수 있다. 또한 클러터 및 배경 잡음, 목표물들의 신호전력의 상대적인 값들을 용이하게 바꿀 수 있기 때문에 매우 넓은
후)비행시험을">비행 시험을 통해서 분석한다는 것은 거의 불가능할 정도로 막대한 시간과 비용을 필요로 한다. 따라서 본 논문에서는 비교적 간단한 도플러 전력 스펙트럼 모델링 방법을 제안하고 이와 같은 모델들의 파라미터 값들만을 변화시켜줌으로서 실제의 운용상황과 유사한 지표면 및 해수면 클러터들을 용이하게 모의 구현할 수 있음을 확인하였다.
따라서 본 논문에서는 이러한 범용 도플러 스펙트럼 모델을 이용하여 SCR(signal to clutter ratio), SNR(signal to noise ratio) 등 시험하는 상황에 따라 적절하게 모델 파라미터 값들을 변경함으로서 얻고자 하는 다양한 모의 클러터들에 대한 도플러 스펙트럼, 시간 영역에서의 I(inphase) 및 Q(quadarature) 데이터들을 매우 용이하게 효과적으로 발생시킬 수 있음을 보였다.
그림 3에서 4개의 목표물 신호 중 하나는 클러터 인근에 나타나고 있음을 알 수 있다. 따라서 운용환경, 즉 항공기의 비행 방향이나 속도, 빔 폭등의 파라미터들에 따라서 다양한 형태의 모의 구현 결과들이 나타날 수 있음을 확인할 수 있다.
후)거리셀에서">거리 셀에서 나타나는 경우이다. 상대적으로 낮은 주파수 대역의 클러터와 높은 도플러 주파수를 가지는 목표물의 신호가 모두 포함되어 시간 영역의 I, Q 데이터로 표시되고 있음을 확인할 수 있다.
후)반사 전력">반사전력 값들을 모의 구현할 있는 장점을 가진다. 아울러 재밍 등의 간섭 전력에 의하여 배경 잡음 전력이 압도하는 상황이 발생되는 거리 및 도플러 영역의 경우도 적절하게 모의 구현할 수 있음을 보였다.
후)수평빔">수평 빔 폭에 따른 지표면에 의한 클러터 발생 형태를 표시하기 위한 모델이다. 이러한 모델을 이용하여 시험하고자 하는 특정한 운용환경에 따른 클러터 발생 거리 영역 및 각 거리 영역에서의 클러터 도플러 스펙트럼 및 분산 정도 등을 파라미터 값들을 변경함으로서 다양한 형태의 거리 도플러 클러터 맵 (rangeDoppler clutter map) 을 얻을 수 있다. 이러한 클러터 맵은 거리에 따른 시간 영역 모의 신호로
후속연구
따라서 본 논문에서 제시한 방법을 이용한다면 항공기용 레이다 시스템의 개발 목적뿐만 아니라 실험실 내에서의 성능 검증, 시험 및 보완 등의 목적으로도 매우 다양하게 활용될 수 있을 것이다.
후)도플러스펙트럼의">도플러 스펙트럼의
모의 구현이 가능하다. 또한 시험하고자 하는 환경에 따라서 스펙트럼 모델에서의 각각의 크기 및 잡음 밀도 값을 바꾸어줌으로서 원하는 전력비에 맞는 CNR 및 SCNR 값을 용이하게 얻을 수 있을 것이다.
">있다[8-9]. 또한 안테나 및 시스템에서 고려해야할 배경 잡음인 AWGN(additive white Gaussian noise), 즉 부가성 백색잡음전력의 크기 정도가 고려되어져야 할 것이다. 따라서 이러한 AWGN 의 전력 밀도를 N0 로 나타내면 클러터 및
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
레이다 시스템의 응용분야는?
레이다 시스템은 군용 및 민간용으로 널리 활용되어왔다. 이러한 다양한 시스템들은 목적에 따라 다소 다르지만 대부분의 경우 미약한 반사 신호를 탐지하여 요구되는 정확한 정보들을 추출할 수 있어야한다.
시스템의 성능을 결정 하는 요소는?
그러나 대부분의 시스템 운용환경에서 목표물로부터 반사되는 신호, 즉 원하는 정보를 갖고 있는 신호는 주변 환경이나 인공 구조물 등에 의하여 반사되는 강력한 클러터들에 비하여 매우 미약한 신호 전력을 나타낸다. 따라서 상대적으로 매우 낮은 전력을 갖는 신호전력을 효율적으로 탐지하고 정확한 정보를 추출하는 것이 시스템의 성능을 결정하게 된다. 그러나 레이다 시스템에 수신되는 이러한 다양한 클러터들에 대한 실질적인 운용 시험을 통한 성능 검증을 위해서는 매우 오랜 시간과 비용이 든다는 것이 시스템 개발에서의 가장 큰 문제점중의 하나이다.
모의 클러터 구현이 필수적인 이유는 무엇인가?
따라서 상대적으로 매우 낮은 전력을 갖는 신호전력을 효율적으로 탐지하고 정확한 정보를 추출하는 것이 시스템의 성능을 결정하게 된다. 그러나 레이다 시스템에 수신되는 이러한 다양한 클러터들에 대한 실질적인 운용 시험을 통한 성능 검증을 위해서는 매우 오랜 시간과 비용이 든다는 것이 시스템 개발에서의 가장 큰 문제점중의 하나이다. 따라서 실험실내에서의 시스템 알고리즘 검증 및 성능 분석 등을 위한 모의 클러터 구현이 필수적이다.
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