DOI QR코드

DOI QR Code

Performance Analysis on Terrain-Adaptive Clutter Map Algorithm for Ground Clutter Rejection of Weather Radar

기상 레이다의 지형 클러터 제거를 위한 지형적응 클러터 맵 알고리듬 성능분석

  • Kim, Hye-Ri (Weather Radar Center, Korea Meteorological Administration) ;
  • Jung, Jung-Soo (Department of Avionics, Korea Aerospace University) ;
  • Kwag, Young-Kil (Department of Avionics, Korea Aerospace University) ;
  • Kim, Ji-Won (Weather Radar Center, Korea Meteorological Administration) ;
  • Kim, Ji-Hyeon (Weather Radar Center, Korea Meteorological Administration) ;
  • Ko, Jeong-Seok (Weather Radar Center, Korea Meteorological Administration)
  • 김혜리 (기상청 기상레이더센터) ;
  • 정정수 (한국항공대학교 항공전자공학과) ;
  • 곽영길 (한국항공대학교 항공전자공학과) ;
  • 김지원 (기상청 기상레이더센터) ;
  • 김지현 (기상청 기상레이더센터) ;
  • 고정석 (기상청 기상레이더센터)
  • Received : 2014.08.29
  • Accepted : 2014.11.20
  • Published : 2014.12.31

Abstract

Weather radar systems can provide weather information of the ground, sea, and air in extensive spatial coverage in near real time. However, it becomes problematic when ground clutter signal exists around precipitation because strong signals of ground can cause a false precipitation report. A large percentage of land coverage of Korea consists of mountainous regions where ground clutter needs to be mitigated for more accurate prediction. Thus, it is considered necessary to introduce a new suitable ground clutter removal technique specifically adequate for Korea. In this paper, the C-Map(Clutter Map) method using raw radar signals is proposed for removing ground clutter using a terrain-adaptive clutter map. A clutter map is generated using raw radar signals(I/Q) of clear days, then it is subtracted from received radar signals in frequency domain. The proposed method is applied to the radar data acquired from Sobaeksan rain radar and the result shows that the clutter rejection ratio is about 91.17 %.

기상 레이다 시스템은 지상, 해상, 상공 등의 넓은 입체 공간에 분포하는 기상정보를 실시간으로 제공한다. 그러나 산악지역과 같이 강수 신호 주변에 지형 클러터가 존재하는 경우, 큰 지형 클러터 신호를 강수 신호로 오인하여 잘못된 기상 정보를 제공할 수 있다. 우리나라 국토는 산지가 많아서 지형 클러터의 영향으로 인한 기상 오류를 줄이기 위해서는, 국내 지형 환경에 적합한 클러터 제거 기법이 필요하다. 본 논문에서는 지형 특성을 반영한 클러터 맵을 만들어, 지형 클러터를 제거하는 C-Map 기법을 제안한다. 클러터 맵은 맑은 날의 원시 신호(I/Q) 자료를 이용하여 획득되고, 지형 클러터 제거는 클러터 맵과 수신 신호의 도플러 차이를 이용하여 수행된다. 제안된 알고리듬의 성능 분석은 소백산 강우 레이다 데이터를 이용하여 수행되었으며, 임계상수에 따른 지형 클러터 제거율은 91.17 %로 나타났다.

Keywords

References

  1. Richard J. Doviak et al., Doppler Radar and Weather Observations, Second edition, Dover Publications, Inc., 2007.
  2. Ronald E. Rinehart, Radar for Meteorologists, Rinehart Publishing, Third Edition, 1997.
  3. 김혜리, "지형적응 클러터 맵 알고리듬을 이용한 기상레이다의 지면 클러터 제거", 한국항공대학교 석사과정학위논문, 2014년 2월.
  4. A. R. Mark, A. S. James, and A. H. William, Principles of Modern Radar: Basic Principles, Scitech, 2010.
  5. RVP8 User's manual, Vaisala, Jun. 2009.
  6. A. D. Siggia, R. E. Passarelli, Jr. "Gaussian model adaptive processing(GMAP) for improved ground clutter cancellation and moment calculation", Proceeding of ERAD, pp. 67-73, 2004.
  7. Hubbert et al., "Weather radar ground clutter. Part I: Real-time identification and filtering", American Meteorological Society, 2009.
  8. Hubbert et al., "Weather radar ground clutter. Part II: Real-time identification and filtering", American Meteorological Society, 2009.
  9. Bassem R. Mahafza, RADAR Signal Analysis and Processing using MATLAB, CRC, 2009.
  10. Richards, M. A., Fundamentals of Radar Signal Processing, McGraw-Hills, New York, 2005.
  11. Skolnik, M. I.(Ed.), Radar Handbook, 2d ed., McGraw-Hill, New York, 1990.
  12. D. Curtis Schleher, "MTI and pulsed doppler radar with MATLAB", Artech House Remote Sensing Library, 2009.
  13. R. Nitzberg, "Clutter Map CFAR analysis", IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-22, no. 4, pp. 419-421, Jul. 1986. https://doi.org/10.1109/TAES.1986.310777
  14. N. Levanon, "Numerically efficient calculations of clutter map CFAR performance", IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-23, no. 6, pp. 813-814, Nov. 1987. https://doi.org/10.1109/TAES.1987.310918