[논문 리뷰] A Simple Solution To The Uncertain Delay Problem in USRP Based SDR-Radar Systems

Andriyan Bayu Suksmono|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 19.

Radar Systems and Signal Processing참고 문헌 2인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 직접 수신 신호를 반사파 재정렬을 위한 기준으로 사용하여 USRP 기반 SDR 레이더 시스템에서의 불확실한 지연을 해결하는 새로운 방법을 제안한다. 이 방법은 시간 동기화가 필요 없도록 하며, 기준 반사파를 신호 버퍼의 원점에 맞추기 위해 순환 이동을 적용함으로써 정밀한 범위 비닝 측정을 가능하게 한다. MATLAB 시뮬레이션과 USRP 구현을 통해 검증되었으며, 0 패딩된 바커 시퀀스 곱으로 유도된 128길이의 랜덤 코드를 사용하였다.

ABSTRACT

We propose a simple solution to the uncertain delay problem in USRP (Universal Software Radio Peripheral)-based SDR (Software-Defined Radio)-radar systems. Instead of time-synchronization as employed in (pseudo-) passive radar configurations, which require at least two synchronized receivers, we use direct reception signal in a single receiver system as a reference to the exact location of the target echoes. After finding the reference position, reordering of the echoes is conducted by circular shift so that the reference moved to the origin. We demonstrate the effectiveness of the proposed method by simulating the problem on Matlab and implementing a 128 length random code radar on a USRP. The random code is constructed from zero padded Barker sequence product. Experiments on measuring multiple echoes of the targets at precise range bins confirm the applicability of the proposed method.

연구 동기 및 목표

• USRP 기반 SDR 레이더 시스템에서 정확한 표적 범위 추정을 방해하는 불확실한 지연 문제를 해결하기 위해.
• (가짜)수동 레이더 구성에서 시간 동기화된 수신기가 필요 없도록 하기 위해.
• 단일 수신기 시스템을 이용해 정밀한 반사파 재정렬 및 표적 탐지 기능을 가능하게 하기 위해.
• MATLAB 시뮬레이션과 USRP 플랫폼에서의 하드웨어 구현을 통해 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 표적 반사파의 정확한 위치를 시간 도메인에서 파악하기 위해 직접 수신 신호를 기준으로 사용한다.
• 기준 반사파 위치를 식별한 후, 시스템은 순환 이동을 적용하여 기준을 신호 버퍼의 원점에 재정렬한다.
• 레이더 시스템에서 사용된 랜덤 코드는 양호한 자기상관 특성을 확보하기 위해 0 패딩된 바커 시퀀스 곱으로 구성된다.
• 신호 처리 체인은 상관 및 범위 비닝 형성 포함되며, 반사파 재정렬은 알려지지 않은 전파 지연을 보정하기 위해 순환 이동을 통해 수행된다.
• 직접 경로를 안정적인 타이밍 기준으로 삼음으로써 복잡한 시간 동기화를 피하는 것이 특징이다.
• 이 방법은 MATLAB 시뮬레이션을 통해 검증되었으며, 128길이의 코드를 사용해 USRP 하드웨어 플랫폼에 구현되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 USRP 기반 SDR 레이더 시스템에서 시간 동기화된 수신기가 필요 없이 불확실한 지연을 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ2 단일 수신기 레이더 설정에서 직접 수신 신호를 반사파 재정렬을 위한 신뢰할 수 있는 타이밍 기준으로 사용할 수 있는가?
• RQ3 0 패딩된 바커 시퀀스 곱을 사용할 경우, 랜덤 코드 레이더가 알려지지 않은 지연을 보정하는 데 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ4 제안된 방법을 사용해 정밀한 범위 비닝에서 다중 표적 반사파를 얼마나 정확하게 구분할 수 있는가?
• RQ5 순환 이동 기법은 실시간 SDR 레이더 시스템에서 반사파 정렬 및 신호 처리 정확도를 어느 정도 향상시키는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 다중 수신기 간 시간 동기화가 필요 없이도 USRP 기반 SDR 레이더 시스템에서 불확실한 지연을 성공적으로 해결한다.
• 순환 이동을 통한 반사파 재정렬은 기준 신호를 원점에 효과적으로 정렬하여 정확한 범위 비닝 할당을 가능하게 한다.
• 0 패딩된 바커 시퀀스 곱으로 유도된 128길이의 랜덤 코드를 사용함으로써 표적 탐지에 유리한 상관 특성을 확보한다.
• USRP 플랫폼에서의 실험 결과는 이 방법이 정밀한 범위 비닝에서 다중 반사파를 측정하는 데 적용 가능함을 확인한다.
• MATLAB 시뮬레이션과 하드웨어 구현을 통해 이 방법이 실제 SDR 레이더 시스템에서 알려지지 않은 전파 지연을 보정하는 데 효과적임을 입증한다.