복수 탐지정보를 이용한 적응 정규합 필터링 기법 및 고해상도 레이더 표적 추적 응용 = Multi-detection Adaptive Gaussian Sum Filter for Target Tracking Using High-Resolution Radar

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 고해상도 레이더의 복수 탐지정보를 활용한 확장표적 추적문제를 다룬다. 고해상도 레이더는 향상된 해상도로 인해 단일 표적에 대해 복수의 탐지정보, 즉 확장측정치를 제공한다. 일반적으로 확장측정치의 분포 특성은 표적의 형상과 크기에 따라 결정되며 다중모드 비선형 분포로 모델링된다. 고해상도 레이더의 확장측정치는 추적 대상인 표적의 중심점이 아닌 표적 윤곽에 위치한 주반사점 주변에서 획득될 가능성이 매우 높으므로 표적 추적필터 설계 시 상태추정치의 편향오차를 제거하기 위해서는 탐지정보의 분포특성을 적절히 고려할 수 있어야 한다. 확장측정치 분포의 통계적 비선형성이 야기하는 추적성능 저하는 파티클필터 혹은 정규합필터를 적용하여 해결 가능하나 사후 확률밀도 함수 산출 과정에서 빈번하게 발생하는 퇴축 현상 혹은 연산량 부담으로 인해 실제 적용에는 많은 제약이 뒤따른다.
전술한 한계들을 극복하기 위해 본 논문에서는 적응 정규합 필터링 기법을 제안한다. 먼저, 확장측정치의 비선형 분포특성을 혼합정규분포로 근사할 수 있다는 점에 착안하여, 복수 측정치를 다룰 수 있도록 일반화된 형태의 정규합 필터 순환식을 유도한다. 이후 복수 탐지정보와 혼합정규분포를 구성하고 있는 모드들 간의 짝짓기를 통해 측정치 획득 가설을 생성하고, 각 가설에 대한 측정치 갱신을 통해 표적 상태변수의 사후 확률밀도함수를 산출한다. 이때, 탐지정보 개수가 증가함에 따라 모드 갯수 증가 속도가 가속화될 수 있으므로, 모드 개수를 제한함과 동시에 확장측정치의 분포 변화특성에 적응적으로 대응할 수 있는 이중 모드 관리 알고리듬이 설계된다. 일차적으로 모드 개수 발산을 막기 위해 복수 탐지정보와 탐지정보 분포 모드 짝짓기 가설의 가중치를 평가하고 주요 모드를 선정하여 해당 가설에 대해서만 측정치 갱신을 수행한다. 여기에
더해 최근 특정 시점동안 사후 확률밀도함수 모드 생성 가설이 동일한 모드들을 병합하는 N-scan back 개념이 적용된다. 이를 통해, 확장표적 추적필터의 상태 추정성능을 유지함과 동시에 연산 효율성을 높일 수 있다. 차량용 고해상도 레이더 표적추적 필터 설계 사례와 모의실험을 통한 성능분석 결과를 제시함으로써 제안한 적응 정규합 필터링 기법이 확장표적추적 문제를 효과적으로 다룰 수 있는 실용적 해법임을 보인다.

목차 (Table of Contents)

• 1 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 개요 및 학위논문 구성 4
• 2 복수 탐지정보의 비선형 분포를 고려한 적응 정규합 상태추정기 6
• 2.1 확장표적추적 문제 정의 6
• 2.2 정규합 근사에 의한 베이지안 상태추정 일반 해 7
• 2.3 적응 모드관리 및 사후 확률밀도함수 근사식 18
• 2.4 모의실험 26
• 3 표적 반사특성 사전지식을 활용한 고해상도 차량용 레이더 추적필터 설계 34
• 3.1 고해상도 차량용 레이더 표적 반사특성 모델링 34
• 3.1.1 고해상도 레이더 데이터 분석 34
• 3.1.2 표적 반사특성 사전지식화 36
• 3.2 차량용 레이더 표적 추적필터 설계 45
• 3.2.1 시스템 모델 45
• 3.2.2 반사신호세기를 이용한 측각 산출 및 측정모델 구성 52
• 3.2.3 특징정보를 활용한 적응 정규합 표적추적 필터 54
• 3.3 모의실험 및 성능분석 56
• 4 결론 64
• 참고 문헌 66