펄스 도플러 레이더를 이용한 이동 표적 경로 검출 및 추적 알고리즘

Abstract

본 논문에서는 감시정찰 목적의 무인 감시경보 시스템을 설계 및 구현하였다. 시스템에 운용된 펄스 도플러 레이더(PDR: Pulse Doppler Radar) 센서노드는 센서 탐지영역 안에서 검출된 이동 표적의 존재유무 정보만을 제공한다. 제한적인 센서 노드 환경에서 이동 표적의 경로 검출 및 추적 알고리즘을 제안한다. 시스템 구현을 위해 PDR센서노드의 일반화된 탐지영역을 측정을 통해 정의한후 측정된 탐지영역과 예상 적 침투 경로의 지형적 특성을 고려한 최적의 센서 노드 배치 방법을 격자형, 선형, 갈지자형으로 제안 하였다. 제한된 배치 방법에 따라 측정된 탐지영역의 중심점 선정 방법을 LUT을 활용하여 침입하는 표적의 위치를 선정 하였다. 선정된 표적의 위치 정보는 선형 보간법으로 연결하여 이동 표적의 경로를 추적한다. 본 시스템에 운용되는 PDR 센서노드는 이동 표적의 존재 유무만을 정보로 제공하고 그 외 표적의 이동속도, 거리, 방위각 정보는 제공하지 않는다. 따라서 표적의 위치 선정 및 추적을 위한 중심점 선정 방법은 탐지영역에 비례하는 오차를 포함한 추적 결과를 제공한다. 또한 중심점 선정 방법에 의한 이동 경로 표현은 이웃한 센서노드의 표적 검출 결과를 선형 보간법으로 연결한다. 이러한 중심점 선정 방법에 의한 감시경보 영역의 경계면에 위치하는 노드에서의 이동 표적의 최종 방향 예측결과는 신뢰성이 떨어진다. 이러한 중심점 선정 방법의 취약 부분을 보안하기 위해 센서 배치 방법과 표적의 이동 경로에 따른 센서 노드 활성화 시간차의 통계적 특성 획득을 위한 실험을 수행하였다. 실험을 통해 획득한 표적 검출에 따른 활성화 시간차의 통계적 특성을 이용한 이동 표적의 경로 검출 알고리즘을 제안한다. 제안된 알고리즘과 중심점 선정 방법을 함께 적용한 결과 신뢰성 높은 이동 표적의 최종 진행 방향을 예측할 수 있었다. 본 연구 결과는 감시정찰 목적의 무선 센서네트워크 시스템 연구 및 운용분야에 적용될 것으로 기대된다.