한국전자파학회논문지 (The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science)

  • 제26권4호
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  • Pages.424-434
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  • 2015
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  • 1226-3133(pISSN)
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  • 2288-226X(eISSN)
한국전자파학회 (The Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science)
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능동위상배열 레이더 적용을 위한 FPGA 기반 실시간 적응 빔 형성기 설계 및 구현

Design and Implementation of FPGA Based Real-Time Adaptive Beamformer for AESA Radar Applications

  • 김동환 (국방과학연구소 제3기술연구본부) ;
  • 김은희 (세종대학교 국방시스템공학과) ;
  • 박종헌 (에델테크) ;
  • 김선주 (국방과학연구소 제3기술연구본부)
  • 투고 : 2015.01.15
  • 심사 : 2015.03.31
  • 발행 : 2015.04.30
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초록

위상배열 레이더 시스템에서 간섭과 재밍을 제거하기 위하여 적응빔 형성 알고리즘이 폭넓게 사용되고 있다. 최근에 와서 FPGA 기술의 발전으로 적응빔 형성 알고리즘의 실시간 처리가 가능하게 되었다. 본 논문에서는 능동위상배열 레이더를 개발하기 위해 전단신호처리기에 적용한 적응빔 형성기의 FPGA 기반 실시간 구현방법을 제안하였다. 개방형 VPX 벡플레인을 통한 통신의 상용 FPGA 보드를 활용하여 콤팩트한 적응빔 형성기를 개발하였다. 이 적응빔 형성기는 역행렬을 구하기 위해 QR 분해와 역 치환을 포함한 수많은 고속의 복소 신호처리와 벡터 및 행렬 연산으로 구성하였다. 구현 결과, FPGA를 통한 적응빔 형성 결과와 매트랩을 통한 시뮬레이션 결과가 일치함을 보였다. 또한, FPGA를 통한 적응빔 형성 알고리즘의 실시간 처리가 가능하여 능동위상배열 레이더 시스템에 적용 가능함을 확인하였다.

Adaptive beamforming algorithms have been widely used to remove interference and jamming in the phased array radar system. Advances in the field programmable gate array(FPGA) technology now make possible the real time processing of adaptive beamforming (ABF) algorithm. In this paper, the FPGA based real-time implementation method of adaptive beamforming system(beamformer) in the pre-processor module for active electronically scanned array(AESA) radar is proposed. A compact FPGA-based adaptive beamformer is developed using commercial off the shelf(COTS) FPGA board with communication via OpenVPX(Virtual Path Cross-connect) backplane. This beamformer comprises a number of high speed complex processing including QR decomposition & back substitution for matrix inversion and complex vector/matrix calculations. The implemented result shows that the adaptive beamforming patterns through FPGA correspond with results of simulation through Matlab. And also confirms the possibility of application in AESA radar due to the real time processing of ABF algorithm through FPGA.

키워드

참고문헌

  1. Merrill I. Skolnik, RADAR Handbook, Third Edition, Mc-Graw-Hill, pp. 24.9-24.36, 2008.
  2. H. Steyskal, R. A. Shore, and R. L. Haupt, "Methods for null control and their effects on the radiation pattern", IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. AP-34, no. 3, pp. 404-409, Mar. 1986.
  3. W. F. Gabriel, "Adaptive processing array systems", Proc. of the IEEE, vol. 80, no. 1, pp. 152-161, Jan. 1992. https://doi.org/10.1109/5.119574
  4. S. P. Applebaum, "Adaptive arrays", IEEE Trans. Antennas and Propagation, vol. AP-24, no. 5, pp. 585-598, Sep. 1976.
  5. 장성훈, 안창수, 김동환, 김선주, "디지털 빔 형성을 위한 부배열 채널 보정 및 성능 분석", 한국전자파학회논문지, 25(2), pp. 235-244, 2014년 2월. https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2014.25.2.235
  6. Barry D. Van Veen, Kevin M. Buckley, "Beamforming: A versatile approack to spatial filtering", IEEE ASSP Magazine, vol. 5, no. 2, pp. 4-24, Apr. 1988. https://doi.org/10.1109/53.665
  7. Otis Lamont Frost, "An algorithm for linearly constrained adaptive array processing", Proceedings of the IEEE, vol. 60, no. 8, pp. 926-935, Aug. 1972. https://doi.org/10.1109/PROC.1972.8817
  8. William L. Melvin, James A. Scheer(Editors), Principles of Modern Radar, Advanced Techniques, SciTech Publishing, pp. 426-427, 2013.
  9. Deepak Boppana, Kully Dhanoa, and Jesse Kempa, "FPGA based embedded processing architecture for the QRDRLS algorithm", 12th Annual IEEE Symposium on Field-Programmable Custom Computing Machines, pp. 330-331, Apr. 2004.
  10. J. G. McWhirter, "Systolic array for recursive least squares by inverse iterations", Workshop on VLSI signal processing, pp. 435-443, Oct. 1993.
  11. 문대원, 장영범, 조용훈, "시스톨릭 어레이 구조와 CORDIC을 사용한 고속/저전력 Extended QRD-RLS 등화기 설계 및 구현", 한국전자공학회 논문지, 47(6),pp. 444-452, 2010년 6월.