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

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Efficient Detection of Small Unmanned Aerial Vehicles in Cluttered Environment

클러터 환경을 고려한 효과적 소형 무인기 탐지에 관한 연구

  • Choi, Jae-Ho (Department of Electrical and Electronic Engineering, Pohang University of Science and Technology) ;
  • Kang, Ki-Bong (Department of Electrical and Electronic Engineering, Pohang University of Science and Technology) ;
  • Sun, Sun-Gu (Agency of Defence Development) ;
  • Lee, Jung-Soo (Agency of Defence Development) ;
  • Cho, Byung-Lae (Agency of Defence Development) ;
  • Kim, Kyung-Tae (Department of Electrical and Electronic Engineering, Pohang University of Science and Technology)
  • Received : 2019.02.08
  • Accepted : 2019.05.14
  • Published : 2019.05.31
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Abstract

In this paper, we propose a method to detect small unmanned aerial vehicles(UAVs) flying in a real-world environment. Small UAV signals are frequently obscured by clutter signals because UAVs usually fly at low altitudes over urban or mountainous terrain. Therefore, to obtain a desirable detection performance, clutter signals must be considered in addition to noise, and thus, a performance analysis of each clutter removal technique is required. The proposed detection process uses clutter removal and pulse integration methods to suppress clutter and noise signals, and then detects small UAVs by utilizing a constant false alarm rate detector. After applying three clutter removal techniques, we analyzed the performance of each technique in detecting small UAVs. Based on experimental data acquired in a real-world outdoor environment, we found it was possible to derive a clutter removal method suitable for the detection of small UAVs.

본 논문에서는 실제 환경을 고려하여 비행 중인 소형 무인기를 탐지할 수 있는 기법을 제안한다. 소형 무인기는 일반적으로 시가지 혹은 산악 지형 내에서 저고도 비행을 수행하므로 클러터(clutter)에 의해 자주 가려지게 된다. 따라서 우수한 탐지 성능 획득을 위해서는 잡음뿐만 아니라, 클러터를 고려한 탐지가 필수적이며, 각각의 클러터 제거 기법에 따른 성능 분석이 요구된다. 제안된 탐지 과정은 클러터 제거 기법 및 펄스 합성 기법을 통해 클러터 및 잡음을 억제한 후, CFAR 검출기를 통해 소형 무인기 탐지를 수행한다. 이때, 3가지 클러터 제거 기법을 적용한 후, 각 기법에 따른 소형 무인기 탐지 성능을 분석한다. 실제 야외 환경에서의 실험을 통한 측정 데이터(data)를 토대로 소형 무인기 탐지에 적합한 클러터 제거 기법을 도출할 수 있었다.

Keywords

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그림 1. 실제 환경에서의 단일 점 산란원 기하구조 Fig. 1. Geometry for a single point scatterer in real environment.

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그림 2. 실제 환경에서의 레이다 수신 신호 Fig. 2. Received signals of a radar in real environment.

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그림 3. OS-CFAR 알고리즘의 수행 절차 Fig. 3. Procedure of OS-CFAR algorithm.

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그림 4. 소형 무인기 탐지 기법 Fig. 4. Detection method for small UAV..

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그림 5. 레이다 시스템 및 드론 Fig. 5. The radar system and drone.

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그림 6. 클러터 제거 및 펄스 압축 기법에 따른 레이다 반사 신호 Fig. 6. The radar echo signal according to clutter removal and pulse integration methods.

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그림 7. 클러터 제거 및 펄스 합성 기법 별 소형 무인기 탐지 성능 분석 Fig. 7. Analysis of small UAV detection performance according to clutter removal and pulse integration methods.

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그림 8. 클러터 제거 기법에 따른 OS-CFAR 탐지 결과 Fig. 8. OS-CFAR detection result according to the clutter removal methods.

표 1. 레이다 시스템 사양 Table 1. The specification of the radar system.

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