연근해 소형 어선의 레이더 정보 수록 및 해석 시스템 개발 - CFAR에 의한 레이더 잡음 억제 -

Abstract

연근해 소형 어선에 널리 탑재되어 있는 소형 레이더 장치에 radar target extractor를 인터페이스하여 레이더 선호를 수록, 처리 및 해석하기 위한 PC based radar system 을 구축하고, cell averaging CFAR 처리장치를 통해 실제의 레이더 echo 신호를 처리하여 오경보 확률의 설정치 변화에 따른 echo영상의 변화패턴을 레이더 스코프상에서 직접 비교, 분석한 결과 및 레이더 영상신호의 음영구역의 발생대역폭을 추정한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 레이더 선호의 해석을 통해 추출된 표적의 운동벡터 및 방위, 거리, 속력, CPA, TCPA 등과 같은 ARPA 정보를 실시간으로 이동 궤적과 함께 PC 모니터상에 구현하고 있기 때문에 소형 레이더 시스템에 이 장치를 부착하면 저가의 비용으로써 ARPA 정보의 취득이 기능하다. 2. ideal threshold 에 의한 표적검출성능을 개선시키기 위해 cell averaging CFAR processor 의 CUT전후에 각각 3 개의 guard cell과 이 cell의 좌<TEX>$.$</TEX>우측에 각각 20개씩, 총 40개의의 reference cell를 설치하여 레이더의 video 신호를 입벽한 후, 오경보 확률 10<TEX>$\^$</TEX>-0.25/∼10<TEX>$\^$</TEX>-1.0/의 범위에 대하여 설정치를 점차증가시켜 갈 때, 레이더 영상신호는 10<TEX>$\^$</TEX>-0.75/ 의 설정치에서 가장 양호한 clutter 제거효과를 나타내었다. 3. 레이더 스코프상에서 영상신호를 관찰하면서 cell averaging CFAR 의 오경보 확률을 적정하게 제어하면 지금까지의 ideal threshold level 에 의한 잡음억제기법에서 나타나는 선박영상의 과도한 레벨약화현상을 보완할 수 있을 것으로 판단한다. 4. 부산 용호만에 정박중인 예인선의 레이더 신호를 해석하여 영상의 음영패턴과 음영 대역폭을 추정한 결과, 예인선의 유효높이는 약 1.2 m 이었고, 이들 음영효과의 정량적 해석을 통한 해상표적의 형상정보는 향후 3차원 레이더 영상을 구현하는 데 그 기초자료가 될 것으로 판단된다. This paper describes on the suppression of sea clutter on marine radar display using a cell-averaging CFAR(constant false alarm rate) technique, and on the analysis of radar echo signal data in relation to the estimation of ARPA functions and the detection of the shadow effect in clutter returns. The echo signal was measured using a X -band radar, that is located on the Pukyong National University, with a horizontal beamwidth of <TEX>$$3.9^{\circ}$$</TEX>, a vertical beamwidth of <TEX>$20^{\circ}$</TEX>, pulsewidth of <TEX>$0.8 {\mu}s$</TEX> and a transmitted peak power of 4 ㎾ The suppression performance of sea clutter was investigated for the probability of false alarm between <TEX>$l0-^0.25;and; 10^-1.0$</TEX>. Also the performance of cell averaging CFAR was compared with that of ideal fixed threshold. The motion vectors and trajectory of ships was extracted and the shadow effect in clutter returns was analyzed. The results obtained are summarized as follows；1. The ARPA plotting results and motion vectors for acquired targets extracted by analyzing the echo signal data were displayed on the PC based radar system and the continuous trajectory of ships was tracked in real time. 2. To suppress the sea clutter under noisy environment, a cell averaging CFAR processor having total CFAR window of 47 samples(20+20 reference cells, 3+3 guard cells and the cell under test) was designed. On a particular data set acquired at Suyong Man, Busan, Korea, when the probability of false alarm applied to the designed cell averaging CFAR processor was 10<TEX>$^{-0}$</TEX>.75/ the suppression performance of radar clutter was significantly improved. The results obtained suggest that the designed cell averaging CFAR processor was very effective in uniform clutter environments. 3. It is concluded that the cell averaging CF AR may be able to give a considerable improvement in suppression performance of uniform sea clutter compared to the ideal fixed threshold. 4. The effective height of target, that was estimated by analyzing the shadow effect in clutter returns for a number of range bins behind the target as seen from the radar antenna, was approximately 1.2 m and the information for this height can be used to extract the shape parameter of tracked target..