멀티스태틱 IR-UWB 레이더 시스템에서의 다중 목표물 위치 측정

Abstract

Impulse Radio-Ultra Wide Band (IR-UWB) Radar 시스템에서 목표물의 거리 값을 산출해 내기 위한 알고리즘을 소개하고, 그에 따른 정확도 및 효율을 비교한다. 실제 연구실에서 제작된 UWB 장비를 이용하여 목표물의 이동을 측정하고 최대 진폭 위치 알고리즘, 시간 영역에서의 Cross-correlation 알고리즘, Short Time Fourier Transform(STFT)을 이용한 시간-주파수 영역에서의 Cross-correlation 알고리즘을 각각 수행하였다. 그 결과 시간 영역에서의 Cross-correlation을 사용하는 방식이 정확도 및 효율 면에서 유리한 것으로 나타났다. 이를 통해 목표물의 거리 값을 산출 한 후, 다중 목표물의 위치를 계산하기 위해 레이더의 개수를 늘리는 방법을 시도하였다. 본 논문은 다중 목표물의 위치 추정의 정확도를 향상시키기 위한 레이더 모듈의 위치를 제안한다. 레이더 모듈을 전, 후, 좌, 우 4면에 배치하고 least square를 통해 추정하는 방식은 단일 목표물에서 우수한 편차를 보이지만 2개 이상의 다중 목표물에서 data association의 문제를 갖고 있다. 목표물이 서로 대각에 위치한 경우 존재하지 않는 영역에 목표물이 있다고 추정할 확률이 높다. 레이더 모듈을 전, 후 2면에 배치하고 목표물을 기하학적인 연산으로 계산하였다. 이 방식은 전, 후 위치에서 마주보는 레이더 모듈로부터 data association을 상호 보완하여 목표물의 대각 위치 문제를 해결할 수 있었다. 이 방식으로 4면 배치보다 정확도는 증가하지만 정밀도 면에서 부족한 성능을 보였다. 이를 보완하기 위해 오차 가중치를 적용하여 정밀도를 개선시킬 수 있었다. 제안된 구조에서 목표물 수에 따른 에러율과 오차에 따른 에러 율을 시뮬레이션 한다.|This thesis Introduces some ranging algorithm in Impulse Radio-Ultra Wide Band (IR-UWB) Radar Systems and compares the performance. The comparison of maximum amplitude algorithm in time domain, cross-correlation algorithm in time domain and cross-correlation algorithm in time-frequency domain by Short Time Fourier Transform(STFT) is actually performed by using own made UWB radar module in lab. And the result was that cross-correlation algorithm in time domain is accurate and efficient. To estimate the coordinates of multiple targets, the arrangement of radar sensors is very important. This thesis uses four Ultra Wide Band (UWB) radar modules at four directions in the room. In multiple targets, there is some probability to choose “ghost targets” when targets are on the diagonal. This thesis proposes modified UWB radar module to install radar modules at two opposite sides of the room. The problem of diagonal situation could be solved by complementary cooperation of these two radar modules. It could be improved by using the relative error from the opposite module. This thesis verifies the perfomance of each method by simulation.; This thesis Introduces some ranging algorithm in Impulse Radio-Ultra Wide Band (IR-UWB) Radar Systems and compares the performance. The comparison of maximum amplitude algorithm in time domain, cross-correlation algorithm in time domain and cross-correlation algorithm in time-frequency domain by Short Time Fourier Transform(STFT) is actually performed by using own made UWB radar module in lab. And the result was that cross-correlation algorithm in time domain is accurate and efficient. To estimate the coordinates of multiple targets, the arrangement of radar sensors is very important. This thesis uses four Ultra Wide Band (UWB) radar modules at four directions in the room. In multiple targets, there is some probability to choose “ghost targets” when targets are on the diagonal. This thesis proposes modified UWB radar module to install radar modules at two opposite sides of the room. The problem of diagonal situation could be solved by complementary cooperation of these two radar modules. It could be improved by using the relative error from the opposite module. This thesis verifies the perfomance of each method by simulation.