바이스태틱 레이더에서 레인지 워크를 보상하는 스퀸트 도플러 프로세싱 :Squint Doppler Processing Capable of Range Walk Compensation in Bistatic Radar

윤재혁

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자료유형: 학위논문

저자정보: 윤재혁 (광운대학교, 광운대학교 대학원)

지도교수: 양훈기

발행연도: 2014

저작권: 광운대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2014

바이스태틱 레이더에서 아이소레인지-아이소도플러 컨투어 맵을 이용한 이미징 기법

윤재혁 , 정용식 , 정원주 외 2명 한국전자파학회논문지 2014.02 학술저널

바이스태틱 레이더에서 레인지 워크를 보상하는 스퀸트 도플러 프로세싱

윤재혁 전파공학과 2014.01 학위논문

2011

바이스태틱 레이더에서 Range Walk이 보상된 Squint Cross-Range 도플러 프로세싱

윤재혁 , 김관수 , 양훈기 외 3명 한국전자파학회논문지 2011.11 학술저널

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저피탐 특성을 갖는 표적은 수신레이더에 상대적으로 작은 RCS(radar cross section)를 제공하기 때문에 수신부의 SNR(signal-to-ratio)을 낮춰 탐지를 어렵게 한다. 그러므로 CPI(coherent processing interval) 구간을 증가시키고 수신신호를 코히어런트 적분(coherent integration)하여 수신부의 SNR을 증가시킴으로써 탐지율을 향상시키는 기법을 고려할 수 있다. 그러나 CPI 구간이 증가하면 표적의 속도 및 RCS의 변화로 인해 코히어런트 탐지가 어려워지며 표적이 고속으로 이동하는 경우에는 수신신호의 코히어런스 특성이 유지된다고 할지라도 레인지 워크(range walk)가 발생할 수 있다. 레인지 워크가 발생하면 표적 반사 신호의 에너지가 여러 레인지 빈에 퍼지게 되므로 기존의 코히어런트 탐지 기법으로는 요구되는 탐지확률을 만족시키기 어렵다.
본 논문에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 바이스태틱 레이더 시스템 환경에서의 저피탐/고기동 표적에 대한 탐지기법을 제시한다. 바이스태틱 레이더는 송·수신기가 분리되어 있어 송신기-표적, 표적-수신기가 이루는 경로가 상이하다. 즉, 수신 레이더의 위치에 따라 RCS 응답이 달라지므로 모노스태틱 RCS를 감소시키는 스텔스기에 대한 탐지 가능성이 모노스태틱 레이더 시스템 대비 높다고 할 수 있다. 또한 바이스태틱 레이더는 송·수신 레이더가 분리되어 있으므로 신호의 송신 및 수신을 위한 스위칭 과정이 없다. 따라서 high-PRF(pulse repetition frequency)가 가능하여 동일한 CPI 조건에서 더 많은 수신 신호를 획득함으로써 high-SNR이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 바이스태틱 레이더 시스템의 장점들은 제안하는 표적 탐지 알고리즘에 활용된다.
본 논문에서는 바이스태틱 레이더 환경에서 코히어런트 신호처리 시간에 대한 도플러의 변화를 분석하여 제안하는 탐지 신호처리 알고리즘에서 가정한 ‘일정한 도플러 환경’에 대한 근거를 제시하고 인터폴레이션 기법을 이용한 레인지 워크 보상 알고리즘 및 코히어런트 탐지 알고리즘을 제안한다. 제안하는 코히어런트 표적 탐지 알고리즘의 성능을 수학적으로 유도하는 과정을 보이고 시뮬레이션을 통해 이를 검증한다.
또한 제안하는 코히어런트 표적 탐지 알고리즘을 바이스태틱 이미징 기법에 적용하여 바이스태틱 아이소레인지-아이소도플러(isorangeisoDoppler) 컨투어 맵을 이용한 이미징 알고리즘을 제안하였다.
바이스태틱 레이더 환경에서 지상 표적의 이미징은 수신 데이터 획득 시간 동안에 송신부 및 수신부의 이동에 따른 레인지 및 도플러 정보의 변화가 불규칙하여 이에 대한 보상과정, 즉 이미징 과정이 상당히 어려운 기술이다. 본 논문에서는 아이소레인지와 아이소도플러 컨투어 정보를 이용하여 이미징이 가능한 resolution 격자를 추출할 수 있는 송신부와 수신부의 특별한 속도 조합을 제시하고 표적으로부터 산란된 신호를 사용하여 고정된 표적을 이미징 할 수 있는 알고리즘을 제시한다. 또한 이때 얻을 수 있는 해상도를 분석하고 시뮬레이션으로 성능을 검증한다.

A low observable target like a stealth aircraft in general makes very low monostatic RCS (radar cross section) to a radar system.
Therefore, a radar system improves the detection probability by increasing CPI (coherent processing interval) and coherently integrating the received signals, which leads to SNR (signal-to-noise ratio) improvement. The extended CPI, however, may hinder from coherent processing due to the fluctuation in target’s Doppler frequency and/or target RCS. In high-speed target case, there will be performance degradation due to range
walk. It is because range walk makes target echoes spread to the several range bins and thus, coherent integration should a difficult task.
To tackle this problem, this thesis proposes a coherent detection method applicable to bistatic radar system where high-speed and low observable target are assumed. In the bistatic radar system, a transmitter and a receiver are apart from each other. This is quite advantageous in detecting a stealth target in that bistatic RCS might possibly be larger than monostatic RCS, which is the major effort in stealth technology. Another advantage of bistatic radar is that it could increase PRF (pulse repetition frequency). This makes the radar system acquire more target echoes, resulting in higher SNR.
This algorithm is based on the assumption that a target has constant Doppler frequency during CPI. This is not always true.
Thus, this thesis shows under what condition the assumption could be valid. Based on the constant velocity assumption, a detection algorithm is developed. Its performance is theoretically derived and verified through some simulations.
As an extension to the bistatic coherent detection, the bistatic imaging algorithm is proposed. Proposed imaging algorithm exploits the bistatic isorange and isoDoppler contours maps.
Imaging in bistatic radar is a difficult task in that bistatic range and bistatic Doppler behavior due to the motion of a transmitter and a receiver is so random that the compensation procedure, which is imaging algorithm, is quite complex. This thesis presents a bistatic radar imaging algorithm that can be used in some specific bistatic radar geometry. This geometry can present rectangularlike resolution cell on isorange-isoDoppler contours map. This thesis also shows the associated bistatic resolution and imaging simulation results.

1. 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 논문의 구성 3
2. 바이스태틱 레이더 시스템 4
2.1 바이스태틱 레이더 시스템 개요 4
2.2 바이스태틱 레이더 Geometry 6
2.3 바이스태틱 레인지 / 도플러 10
3. 바이스태틱 동기화 21
3.1 바이스태틱 동기화의 필요성 21
3.2 바이스태틱 위상 동기화 기법 31
4. 코히어런트 표적 탐지 알고리즘 39
4.1 표적 특성 39
4.2 도플러 분석 41
4.3 표적 탐지 알고리즘 46
4.4 탐지 성능 분석 63
4.5 바이스태틱 탐지 시뮬레이션 73
5. 바이스태틱 이미징 기법 89
5.1 바이스태틱 이미징 개요 89
5.2 바이스태틱 이미징을 위한 Geometry 91
5.3 바이스태틱 이미징 알고리즘 100
5.4 바이스태틱 이미징 시뮬레이션 105
6. 결론 111
7. 참고문헌 114

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