[논문 리뷰] Separable Delay And Doppler Estimation In Passive Radar

Mats Viberg, Daniele Gerosa외 3명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 22.

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한 줄 요약

본 논문은 수동 레이더에서 분리 가능한 지연-도플러 추정 접근법을 제안하여 수신당 1-D 지연 추정과 그에 따른 도플러 추정을 수행하고, 느리게 움직이는 표적의 정확도를 유지하면서 계산 및 통신 로드를 감소시킨다.

ABSTRACT

In passive radar, a network of distributed sensors exploit signals from so-called Illuminators-of-Opportunity to detect and localize targets. We consider the case where the IO signal is available at each receiver node through a reference channel, whereas target returns corrupted by interference are collected in a separate surveillance channel. The problem formulation is similar to an active radar that uses a noise-like waveform, or an integrated sensing and communication application. The available data is first split into batches of manageable size. In the direct approach, the target's time-delay and Doppler parameters are estimated jointly by incoherently combining the batch-wise data. We propose a new method to estimate the time-delay separately, thus avoiding a costly 2-D search. Our approach is designed for slowly moving targets, and the accuracy of the time-delay estimate is similar to that of the full batch-wise 2-D method. Given the time-delay, the coherency between batches can be restored when estimating the Doppler parameter. Thereby, the separable approach is found to yield superior Doppler estimates over a wide parameter range. In addition to reducing computational complexity, the proposed separable estimation technique also significantly reduces the communication overhead in a distributed radar setting.

연구 동기 및 목표

• 수동 레이더 구성에서 Illluminators-of-Opportunity와 각 수신기에 대한 참조 채널을 동기화하고 모델링하는 동기를 부여하고.
• 느린 표적의 시간 지연을 도플러와 분리하여 추정하는 분리 가능하고 저복잡도인 추정기를 개발한다.
• 분산 레이더 배치에서 계산 및 통신 오버헤드의 감소를 입증한다.
• 시뮬레이션을 통해 전체 2-D 결합 지연-도플러 추정과의 성능을 평가한다.

제안 방법

• SC 데이터를 크기가 Q인 M개의 배치로 나누고 각 배치를 잡음/간섭 항과 도플러로 유도된 타깃 항으로 모델링한다.
• 프로젝션 기반 간섭 제거를 사용하여 배치당 간섭이 제거된 2-D 지연-도플러 모호 함수를 얻는다.
• 지연과 도플러를 분리하기 위해 1차 근사를 적용하고, 배치 진폭 위상 피팅을 통해 2-D 탐색을 1-D 지연 탐색과 도플러 추정으로 변환한다.
• RN에서 배치별 결과를 비상관적으로 집계하고 CN에서 상관적으로 집계하여 표적 위치를 얻는다.
• 추정 진폭의 풀린 위상을 회귀하여 배치 간에 분리 가능한 도플러 추정을 계산한다(Tretter의 방법).
• 분산 감지에서 전체 2-D 탐색을 피하고 데이터 전송 요구를 낮추어 복잡성을 줄인다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수동 레이더에서 느린 표적에 대해 분리 가능한 추정 전략(지연 우선, 그다음 도플러)이 전체 2-D 결합 추정의 성능과 일치할 수 있는가?
• RQ2 배치 단위 처리가 분산 레이더 네트워크에서 간섭 제거 및 매개변수 추정 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 분리 가능한 지연-도플러 추정기를 채택할 때 계산 및 통신 로드에 미치는 영향은 전체 2-D 접근법과 비교하여 어떠한가?
• RQ4 다중 수신기에서 배치 위상 회귀를 통해 시간 지연 추정치를 이용해 도플러를 신뢰성 있게 회복할 수 있는가?
• RQ5 속도 추정을 해리화하면서 모든 수신기의 분리된 지연 결과를 결합하여 위치 추정이 가능한가?

주요 결과

• 느린 표적의 경우 배치 크기가 충분히 크면 1-D 지연 추정이 전체 2-D 추정과 일치할 수 있다.
• 분리 가능한 접근 방식에서 테스트된 모든 영역에서 도플러 추정이 향상된다.
• 지연과 도플러를 분리하면 조밀한 2-D 탐색을 피함으로써 계산이 감소한다.
• RN에서 CN으로의 데이터 전송 오버헤드가 크게 감소한다.
• 각 노드의 지연 정보를 집계한 뒤 속도를 추정하여 위치(움직임 방향) 추정이 가능하다.
• 시뮬레이션에서 다양한 표적 도플러 주파수 범위에서도 강인성을 유지한다.