IR-UWB 분산 레이다의 하이브리드 M&S 기법 구현 및 측정
Implementation of Hybrid M&S Techniques and Measurement for IR-UWB Distributed Radar
- 주제(키워드) IR-UWB Radar , High gain antenna , Distributed Radar
- 주제(DDC) 004.6
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 박용배
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 AI융합네트워크학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034301
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
IR-UWB 레이다는 수 나노초 길이의 짧은 임펄스 신호를 사용하여, 에코 신호의 도착 시간을 통해 타겟을 검출하는 기술로, 위치 추적, 비접촉 생명 모니터링, 보안 및 감시 등 민간뿐만 아니라 국방에서도 광범위하게 활용되고 있다. IR-UWB 분산 레이다 시스템의 성능 향상을 위해 분산 레이다 시스템 최적화에 유용한 시뮬레이션 기법이 필요하며, 성능 향상을 위한 안테나 설계 연구가 필요하다. 제 2장에서는 IR-UWB 분산 레이다 시스템의 하이브리드 M&S 기법을 기술한다. HFSS와 MATLAB의 통합 프레임워크, 데이터 처리 흐름에 대해 상세히 다룬다. 특히, 인체의 전자기적 특성 및 호흡 운동을 고려한 모델링 방법을 제시한다. 그리고 레이다 채널 전달함수, UWB 송신 신호 설계, 수신 신호 모델링과 여러 신호처리 알고리즘에 대해 설명하고, 분산 레이다의 종류와 코히런트 합성 기법을 다룬다. MIMO 분산 레이다와 Netted 분산 레이다 구조의 특징과 RCS 특성을 분석하고, Coherent-on-Receive와 Full Coherent 방식의 원리 및 SNR 이득에 대해 상세히 설명한다. 제 3장에서는 IR-UWB 분산 레이다 시스템의 SNR 향상을 위해 광대역 고이득 렌즈 안테나를 제안한다. IR-UWB 레이다의 특성을 고려하여 1-9 GHz에서 동작하는 비발디 안테나를 설계하고, slit 구조 유무에 따른 안테나 특성을 분석한다. 넓은 대역에서 안정적인 이득 향상을 제공하기 위해 유전체 슬랩과 공기 층의 두께를 조절하여 E-plane 상에서 동위상을 구현하여 좁은빔 폭을 가질 수 있도록 설계한다. 그리고 H-plane 상에서 sinc 함수와 유사한 전계 분포를 구현한다. 설계된 안테나는 주파수 영역 뿐만 아니라 시간 영역에서 펄스의 왜곡을 정량적으로 분석하는 방법에 대해 기술하고, 안테나의 특성을 분석한다. 마지막으로, 제 4장에서는 하이브리드 M&S 기법과 광대역 고이득 렌즈 안테나의 측정 결과를 제시한다. 다양한 시나리오에서 IR-UWB 벽 투과 레이다 실험을 수행한다. 특히, 본 논문에서 사용된 NVA6100 레이다의 측정 원리와 데이터 획득 알고리즘을 구현 방법에 대해 자세히 기술한다. 신호 처리를 통해 인체 신호를 탐지하는 방법에 대해 설명하고, 단일 레이다 실험을 통해 하이브리드 M&S 기법의 신뢰성을 검증한다. 이를 바탕으로 분산 레이다 시스템의 하이브리드 M&S 분석을 진행한다. 다양한 벽 투과 시나리오에서 분산 레이다 시스템의 코히런트 합성 결과를 분석한다. 그리고, 광대역 렌즈 안테나를 사용하여 다양한 거리와 자세에서 단일 및 다중 타겟 레이다 측정을 수행하고 분석한다. 본 논문의 결과는 IR-UWB 분산 레이다 시스템의 최적화에 유용한 도구로 활용될 수 있으며, 보안, 의료, 재난 구조 등 다양한 분야에서 IR-UWB 분산 레이다 기술의 응용 가능성을 확장하는 데 기여할 것이라 기대한다.
more목차
제 1 장 서론 1
제 2 장 IR-UWB 분산 레이다 하이브리드 M&S 기법 5
제 1 절 서론 5
제 2 절 하이브리드 M&S 기법의 구조 7
2.2.1 하이브리드 M&S 구조 7
2.2.2 전자기 시뮬레이션 모델링 10
2.2.3 수신 신호 모델링 16
제 3 절 분산 레이다 코히런트 합성 기법 28
2.3.1 분산 레이다 구조 28
2.3.2 코히런트 합성 이론 31
제 4 절 결론 37
제 3 장 IR-UWB 레이다 탐지 성능 향상을 위한 광대역 고이득 렌즈 안테나 설계 39
제 1 절 서론 39
제 2 절 광대역 렌즈 안테나 설계 41
3.2.1 비발디 안테나 설계 41
3.2.2 광대역 유전체 렌즈 설계 52
제 3 절 광대역 렌즈 안테나 제작 및 측정 61
3.3.1 광대역 렌즈 안테나 제작 61
3.3.2 주파수 영역에서 광대역 렌즈 안테나의 성능 분석 63
3.3.3 시간 영역에서 광대역 렌즈 안테나의 성능 분석 69
제 4 절 결론 75
제 4 장 IR-UWB 레이다 시스템 분석 및 검증 77
제 1 절 서론 77
제 2 절 하이브리드 M&S 기법 분석 및 검증 78
4.2.1 IR-UWB 벽 투과 레이다 실험 환경 구성 78
4.2.2 단일 레이다 시스템의 하이브리드 M&S 검증 89
4.2.3 분산 레이다 시스템의 하이브리드 M&S 분석 98
제 3 절 광대역 렌즈 안테나를 이용한 IR-UWB 레이다 실험 105
4.3.1 레이다 실험 구성 105
4.3.2 단일 표적 탐지 성능 분석 107
4.3.3 다중 표적 및 자세 별 탐지 성능 분석 112
제 4 절 결론 117
제 5 장 결론 119
참고문헌 121
