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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 정윤호
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 논문은 FMCW (frequency modulated continuous wave) 레이다 시스템의 거리-각도 동시 추정을 위한 2D-MUSIC (multiple signal classification) 알고리즘의 저복잡도 전처리 기법을 제안하고, 이의 하드웨어-소프트웨어 통합 설계 결과를 제시하였다. FMCW 레이다 시스템의 거리-각도 동시 추정을 위한 2D-MUSIC 알고리즘은 FFT (fast Fourier transform)와 달리 거리 해상도와 각도 해상도가 각각 대역폭과 안테나 개수에 영향을 받지 않고 해상도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만, 이 알고리즘은 높은 차원의 복소수 기반의 공분산 행렬 연산, 고유값 분해 연산, MUSIC 스펙트럼 검출 연산으로 매우 큰 연산량이 요구된다. 이 알고리즘의 연산 복잡도를 줄이기 위해 본 논문에서는 ULA (uniform linear array) 안테나 기반으로 전체 실수화된 2D-MUSIC 알고리즘을 제안하였다. 기존 알고리즘과 연산 복잡도 비교를 위하여 고유값 분해를 Jacobi 알고리즘을 사용하였으며, 제안된 알고리즘은 기존 알고리즘 대비 공분산 행렬 연산의 곱셈 연산은 4배, 덧셈 연산은 약 3배 감소하였고 고유값 분해의 곱셈, 덧셈 연산은 약 4배 감소하였으며 MUSIC 스펙트럼의 곱셈 연산은 약 4배 감소, 덧셈 연산은 약 2배 감소함을 확인하였다.
시스템의 효율적인 구현을 위해 각 연산량을 프로파일링 후, 비교적 연산량이 큰 MUSIC 스펙트럼 연산 부분을 하드웨어로, 연산량이 적고 설계의 유연성이 요구되는 제안된 전처리 방식과 공분산 행렬 그리고 고유값분해 부분을 소프트웨어로 분할 설계를 수행하였으며, 소프트웨어로만 처리 했을 때보다 성능이 우수함을 확인하였다.
시스템의 효율적인 구현을 위해 각 연산량을 프로파일링 후, 비교적 연산량이 큰 MUSIC 스펙트럼 연산 부분을 하드웨어로, 연산량이 적고 설계의 유연성이 요구되는 제안된 전처리 방식과 공분산 행렬 그리고 고유값분해 부분을 소프트웨어로 분할 설계를 수행하였으며, 소프트웨어로만 처리 했을 때보다 성능이 우수함을 확인하였다.
목차
제1장 서 론 (Introduction) 11.1 연구의 배경 및 필요성 11.2 논문의 구성 2제2장 MUSIC 알고리즘과 FMCW 레이다 시스템 32.1 DoA 추정을 위한 MUSIC 알고리즘 32.2 FMCW 레이다 시스템 모델 7제3장 FMCW 레이다의 거리-각도 추정을 위한 2D-MUSIC 알고리즘 103.1 2D-MUSIC 알고리즘 개요 103.1 Jacobi 알고리즘 123.2 Gold-MUSIC 알고리즘 163.3 2D Gold-MUSIC 알고리즘 18제4장 2D-MUSIC 알고리즘을 위한 제안된 전처리 기법 204.1 실수화를 위한 전처리 알고리즘 204.2 기존 알고리즘과의 성능 비교 분석 결과 254.2.1 제안된 알고리즘 시뮬레이션 결과 254.2.2 기존 알고리즘과의 성능 분석 결과 274.3 기존 알고리즘과의 연산량 비교 분석 결과 29제5장 제안된 2D-MUSIC 알고리즘 시스템 설계 315.1 소프트웨어/하드웨어 분할 설계 315.2 gold-MUSIC 알고리즘의 제안된 하드웨어 구조 및 동작 원리 335.2.1 TOP 블록 구조 335.2.2 Coarse Steering Vector Unit 구조 365.2.3 Coarse Pmusic Unit 구조 395.2.4 Coarse Target Decision 구조 395.2.5 Golden Calculator 구조 405.2.6 Fine Pmusic Unit & Fine Target Decision 구조 425.3 하드웨어 설계 및 검증 결과 435.3.1 고정 소수점 설계 435.3.2 Simulation 결과 445.3.3 FPGA 기반 합성 및 검증 결과 46제6장 SoC 플랫폼 기반 시스템 구현 476.1 시스템 구현 구조 476.2 소프트웨어 구현결과와의 시스템 처리시간 비교 49제7장 결 론 50참 고 문 헌 51SUMMARY 53
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