저고도 비행체는 다중 경로 간섭의 영향으로 인해 계측 레이더의 RF 스킨 추적 시 고각 방향의 오차 신호 증가로 안정적인 추적 데이터를 획득할 수 없다. 이 한계를 극복하고자 본 논문에서는 레이저 추적기를 이용한 저고도 비행체 추적 기법을 제안하였다. 짧은 펄스폭과 좁은 빔 폭을 갖는 레이저의 특성을 이용하여 각도 해상도를 높이는 방법으로 다중 경로 간섭의 영향을 줄일 수 있다. 지면에 설치된 통합형 교정기와 해수면의 표적선을 대상으로 RF 스킨 추적, 비콘 추적, 레이저 추적 결과의 불확도 및 오차 신호 분석을 통해 다중경로 간섭 조건에서 레이저 추적이 RF 스킨 추적에 비해 추적 성능이 뛰어남을 확인하였다.
능동배열안테나는 원전계에 있는 표적과 지형 등을 탐지/추적하기 때문에 개발 간 항공기 탑재 전 시험 수행을 위해 원전계 거리 조건을 만족하게 하는 수십 미터 이상의 지상 시험장이 필요하다. 따라서 빔 조향, 표적, 클러터 및 재밍 등의 시험 수행을 위해 지상에서 높은 곳에 실험실을 구축하는 야외 실험장을 구축하는 것이 일반적이다. 하지만 야외 실험장은 주변 지형, 날씨, 외부 신호등으로 인해 시험에 영향을 받으며, 시간/공간/비용적인 제약사항이 많다. 이러한 문제를 해결하기 위해 근전계에서 빔을 집속 시키는 이론적인 방안이 제시되었지만, 이를 실험실 환경으로 구축하기 위해서는 AESA 레이다 하드웨어의 변화를 초래한다. 본 논문에서는 관련 하드웨어와 소프트웨어의 변화 없이 AESA 레이다를 구성하는 안테나 송수신 모듈의 편차를 보정하기 위해 단일 LUT를 이용해 근전계의 빔 집속을 구현하는 기법을 제안한다. 제안한 기법은 원전계 실험 환경 및 다중 LUT를 이용한 근전계 빔 집속 구현 기법보다 실험 비용을 최소화하면서도 유사한 실험 결과를 도출할 수 있는 장점이 있다.
논문은 MVDR 빔 형성 기법을 위한 새로운 공분산 행렬 예측을 제안한다. 오디오-비디오 센서를 이용하여 음원의 방향 정보를 정확히 추적함으로써, 공분산 행렬은 가변 적응 망각율을 적용하여 효과적으로 예측된다. 가변 적응 망각율은 신호 대 방해 신호 비를 고려하여 결정된다. 실험 결과에서는 제안하는 방법의 성능이 방해신호/잡음 감소 및 음성 왜곡의 면에서 기존의 방법의 성능보다 더 우수하다는 것을 보여준다.
능동위상배열레이다(AESA radar; active electronically scanned array radar)는 전자적으로 빔을 조향함으로써 빔조향 시간이 비약적으로 빨라져 기존의 기계식 빔조향 레이다에 비해 높은 추적 정확도를 갖는 다표적 처리 능력이 크게 증대되었다. 본 논문은 AESA 레이다의 다표적 상황에서 추적 표적을 효율적으로 관리하는 방안에 관한 것으로, 표적의 우선순위에 따라 표적을 전시(display)표적과 비전시 표적으로 나누고, 전시 표적은 보장하는 추적 정확도의 수준에 따라 최고우선순위, 고우선순위, 상황인식 표적으로 나눈다. 또한 표적의 우선순위를 판단할 수 있는 규칙을 제안하고, 동시운용모드를 포함한 공대공 모드 임무간 추적 표적 관리에 대해 제안하였다. 제안된 방식은 항공기 탑재 AESA 레이다에 적용하여 SIL (system integration lab) 환경에서 검증하였다.
소나선배열 신호처리에 있어서 일반적으로 사용하는 빔형성기법은 환경에 대한 정보를 사용하지 않으나, 정합장처리 기법은 해양환경 정보를 사용함으로써 소음원의 추적 및 환경정보의 역산에 이용될 수 있다. 본 연구에서는 2001년도에 동해에서 수행된 실험 자료에 대한 정합장처리 실험과 결과에 대해서 소개한다.
불법 무인기에 의한 위협을 줄이기 위해, 음향 기반 기법에 의한 추적시스템을 구현하였다. 드론 음향 추적 방식에는 3가지 주요 사항이 있다. 첫째, 가변 빔 형성을 통해 공간을 스캔하여 음원을 찾아 마이크 어레이를 사용하여 소리를 녹음한다. 둘째, 음원의 존재 유·무 여부를 알기 위해 은닉 마르코프 모델(HMM)로 분류한다. 마지막으로 음원이 드론인 경우, 적응형 빔 패턴을 기반의 추적기준 신호로 기록 및 저장된 음원을 사용한다. 시뮬레이션은 배경 노이즈 및 간섭 사운드가 없는 이상적인 상태와 배경 노이즈 및 간섭 사운드가 있는 비이상적인 조건 모두에서 수행되며 불법적인 드론의 추적 성능을 평가하였다. 드론 추적 시스템은 마이크 어레이 성능에 따른 탐색 거리 성능향상 및 음향 패턴 일치 정도에 따른 드론 유무 판정 기준을 설계하여 음성판독 회로설계에 반영하였다.
디지털 역지향성 안테나 시스템은 사전 정보 없이 입사된 신호의 위상을 추적하고 위상을 반대로 돌려 수신된 방향으로 재전송을 할 수 있는 시스템으로써 아날로그 역지향성 안테나와 비교하여 수정과 업그레이드가 쉽다는 장점이 있다. 이러한 특성으로 디지털 역지향성 안테나는 고속 이동체 환경에서의 빠른 빔 추적이 가능할 것이다. 특히 빠르고 정확하게 빔을 추적하기 위해서는 설계된 디지털 역지향성 안테나 시스템의 디지털 PLL의 성능이 매우 중요하므로, 본 논문에서는 디지털 역지향 안테나 시스템에서 디지털 필터 설계에 따른 위상 추적의 동작시간과 BER 성능을 확인하였다. 1 MHz의 QAM 신호를 발생시켰으며, $30^{\circ}$의 위상 지연이 생겼을 경우의 시뮬레이션 결과, 필터의 동작이 안정할 경우 위상 공액 기법을 사용한 역지향성 안테나 시스템의 성능이 사용하지 않았을 경우의 역지향성 안테나 시스템보다 약 1 dB의 성능 차이가 나며, 필터의 동작이 불안정할 경우, 발진이 일어나 위상을 추적하지 못해 성능이 매우 나빠짐을 확인할 수 있다.
오늘날, 보다 정밀한 대기기상 분석과 정확한 기상 예측을 위해 보편적으로 기상레이더를 활용하고 있다. 지표면과 가까운 저층에서 주로 발생하는 국지성 호우 및 돌발기상에 대한 대응을 위해서는 기상레이더 역시 저층 관측이 수반되어야 한다. 하지만, 국토 대부분이 산악지형으로 이루어진 우리나라에서는 산악지형에 의한 지형클러터와 빔 차폐의 영향을 피하여 원만한 기상관측을 위해 대부분의 기상레이더가 고지대에 설치, 운영되고 있다. 그럼에도 불구하고 낮은 고도각의 레이더 관측 자료에서는 여전히 지형 클러터 및 차폐에 따른 영향으로 인해 자료 품질의 신뢰성이 떨어질 수 밖에 없다. 현재 클러터나 차폐가 발생한 영역에 대해 상위 고도각의 자료를 이용하는 등의 방법으로 보정을 수행하고 있지만 각 고도각 관측 자료들의 시간적 차이가 발생함에 따라 부정확성이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 차폐 영역 보정에 대한 처리를 위해 단일 관측자료 만을 이용하는 방법을 적용함으로서 시간적 불일치성에 대한 문제를 해결하고, 초단기 강수예측을 위한 강수에코의 정확한 추적을 위해 레이더 영상에 적응적인 차폐, 클러터 보정 기법을 제안한다. 제안 기법은 강수에코의 형태학적 구조에 기반한 차폐보정을 위해 영상 처리 기법의 한 종류인 모폴로지 기법을 적용함으로써 강수에코의 모양, 크기, 및 구조에 따라 침식 및 팽창 과정을 수행하여 클러터나 차폐로 인해 소실된 강수에코 영역을 보정한다. 실험결과 레이더 강수추정의 정확성 향상을 꾀할 수 있었으며, 강수 추적을 위한 강수에코의 형태학적 복원이 가능함을 확인하였다. 이로부터, 향후 저층관측 레이더 자료의 활용성 증대와 에코 형태에 기반한 강수 추적 알고리즘 개발 및 성능 향상에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
기존의 사람 계수 측정 시스템은 적외선 빔이나 열 감지 영상 장치를 통해 측정하였다. 하지만 이와 같은 방법으로 측정하면 객체가 들어가거나 나가는 정보는 제공하지 않는다. 이에 본 논문은 고정된 카메라를 이용하여 각 사람의 피부색과 옷차림 등의 RGB 정보를 이용한 사람 계수 측정 기법을 제안한다. RGB카메라 영상을 통하여 객체의 RGB 히스토그램을 얻은 후 각 객체에 대해 Bhattacharyya metric을 통한 histogram similarity을 계산하여 객체 추적 및 분류를 통해 사람 계수 측정을 한다. 제안된 시스템은 C/C++을 기반으로 구현하여, 사람 계수 측정 성능을 평가하였다.
본 논문에서는, 볼-빔 시스템에 입-출력 궤환 선형화 기법을 적용하여 추종 궤적 r(t)를 추종하도록 제어기를 설계하였다. 설계한 제어기로 시뮬레이션 및 실험에 적용한 결과, 실험에서 오차가 크게 발생하였다. 이러한 이유는 외란 및 입력정합조건을 만족하지 못해 발생한 것으로 판단되어 볼-빔 시스템의 기존 모델링에서 적절한 외란을 추가하여, 시뮬레이션을 통해 실험 결과와 비슷한 유효한 모델링임을 입증하였다. 그러나, 여전히 저하된 성능으로 인해 bang-bang 제어기를 추가로 적용하였다. 결과적으로, 시스템의 불확실성에 대해 강인하고 향상된 성능을 시뮬레이션 및 실험결과를 통해 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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