다중 레이더 환경에서 MVDR 빔포밍 시스템에 대한 연구 = A Study of MVDR Beamforming Systems in Multi-radar Environments

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis proposes an integrated structure to improve the computational complexity of MVDR beamforming, mutual interference between adjacent radars, and angular resolution limitations caused by a restricted number of antenna elements in multi-FMCW/MIMO radar environments. The proposed structure applies Stochastic Weighted Sub-block Update （SWSU） to the covariance matrix estimation stage, reducing processing time by approximately 66.3% compared with conventional MVDR while maintaining similar beamforming performance; in FPGA implementation, LUT and FF usage are reduced by approximately 5.8% and 17.4%, power consumption by approximately 6.7%, and URAM usage is eliminated. In addition, orthogonal-code-based encoding and decoding separate multiple radar transmission signals and mitigate mutual interference between adjacent radars, while the experiment using the non-overlapping regions of two arrays with different beamwidths shows a BER increase of approximately 25.7% compared with the average BER of individual radars, confirming a trade-off between angular resolution and detection reliability.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 다중 FMCW/MIMO Radar가 동시에 운용되는 환경에서 MVDR（Minimum Variance Distortionless Response） 빔포밍의 연산 복잡도, 인접 레이더 간 상호간섭, 제한된 안테나 수에 따른 각도 분해능 한계를 개선하기 위한 통합 구조를 제안한다. 제안 구조는 공분산 행렬 추정 단계에 확률 가중 서브블록 갱신（Stochastic Weighted Sub-block Update, SWSU）을 적용하여 기존 MVDR 대비 처리 시간을 약 66.3% 감소시키면서 유사한 빔포밍 성능을 유지하였고, FPGA 구현에서 LUT와 FF 사용량을 각각 약 5.8%, 17.4%, 전력 소모를 약 6.7% 감소시키며 URAM 사용량을 제거하였다. 또한 직교 코드 기반 인코딩·디코딩으로 다중 레이더 송신 신호를 분리하여 인접 레이더 간 상호간섭을 완화하고, 서로 다른 빔폭을 갖는 두 배열의 비중첩 영역 실험에서는 BER이 개별 레이더 평균 대비 약 25.7% 증가하여 각도 분해능과 검출 신뢰도 사이의 trade-off가 존재함을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 6
• 제 2장 본론 7
• 1. MVDR 시스템 구성 및 기본 신호처리 7
• 2. 제안하는 알고리즘 9
• 3. 실험환경 12
• 4. 실험결과 13
• 제 3장 결론 15
• 참고문헌 16