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KR101472413B1 - 영상 레이더 성능 분석 기법 - Google Patents

영상 레이더 성능 분석 기법 Download PDF

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KR101472413B1
KR101472413B1 KR1020120145255A KR20120145255A KR101472413B1 KR 101472413 B1 KR101472413 B1 KR 101472413B1 KR 1020120145255 A KR1020120145255 A KR 1020120145255A KR 20120145255 A KR20120145255 A KR 20120145255A KR 101472413 B1 KR101472413 B1 KR 101472413B1
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South Korea
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김세영
성진봉
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 SAR(Synthetic Aperture Radar)송수신기로부터 보정 경로가 이용된 펄스 오차 분석 기법을 적용하고, 이로부터 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 성능이 정밀하게 분석되며, 분석된 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)으로 영상 레이더(SAR)의 성능항목인 해상도, PSLR, ISLR이 확인 및 검증됨으로써 지상에서도 간단하게 영상 레이더(Synthetic Aperture Radar)의 성능검증이 이루어지고, 특히 차량이나 또는 비행기를 운용하여 이루어지는 장착 시험에 드는 비용이 절감되는 특징을 갖는다.

Description

영상 레이더 성능 분석 기법{Performance Analysis Method for Synthetic Aperture Radar}
본 발명은 영상 레이더 성능 분석에 관한 것으로, 특히 영상 레이더(SAR : Synthetic Aperture Radar)에 대한 별도의 장착 시험 없이 수신기 출력에서 얻은 시험 결과에 보정경로가 이용되어 거리 방향 및 방위방향 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)이 분석됨으로써 영상 레이더의 성능이 신뢰성이 있게 검증될 수 있는 영상 레이더 성능 분석 기법에 관한 것이다.
일반적으로 영상레이더(SAR : Synthetic Aperture Radar)는 고정된 지상 표적에 대하여 레이더가 상대적으로 이동을 하면서 안테나를 통하여 전자파를 송신하고 수신함으로써, 지상 표적에 대한 도플러 정보로 합성된 영상을 생성해주는 시스템이다.
통상, 영상레이더(SAR)의 성능이 검증되기 위해선 레이더 시험 분석 기술이 이용되고, 이러한 레이더 시험 분석 기술은 테스트 신호가 인가되는 별도 계측기를 이용하여 실시되거나 또는 시스템 경로에 자체 검증용 신호를 인가하여 실시된다.
이로부터, 영상레이더(SAR)에서 표적에 대한 거리 응답 특성과 도플러 응답 특성 및 신호대 잡음비 등이 분석됨으로써 그 성능이 검증될 수 있다.
그러나, 영상레이더(SAR)의 성능을 정확하게 검증하려면 무엇보다도 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 분석이 이루어져야 하지만, 별도 계측기를 이용하거나 또는 자체 검증용 신호를 이용하는 레이더 시험 분석 기술에서는 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 분석이 용이하지 않을 수밖에 없다.
이는, 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)이 분석되기 위해서는 송신 채널 펄스 오차 분석 기능과, 수신 채널 펄스 오차 분석 기능, IF 채널 펄스 오차 분석 기능, 송수신 채널 펄스 오차 분석 기능, 거리 방향 임펄스 응답 특성 분석 기능, 방위 방향 임펄스 응답 특성 분석 기능 및 임펄스 응답 특성(해상도, PSLR(Peak Side Lobe Ratio), ISLR(Integrated Side Lobe Ratio)) 분석 및 평가 기술이 포함됨에 기인된다.
그러므로, 영상 레이더(SAR)의 성능 검증 단계에는 실제적으로 획득된 영상 품질로부터 최종적으로 영상 성능이 판별되는 영상 레이더(SAR)시험단계가 더 수행된다.
이와 같이 영상 레이더(SAR)의 성능 검증이 이루어지려면, 테스트 신호가 인가되는 별도 계측기나 또는 자체 검증용 신호인가로 표적에 대한 거리 응답 특성과 도플러 응답 특성 및 신호대 잡음비 등이 분석되는 레이더 시험 분석 기술단계와, 촬영된 실제영상 품질을 판별하는 영상 레이더(SAR)시험단계가 수행되고, 이로부터 영상 레이더(SAR)의 성능 항목인 해상도, PSLR(Peak Side Lobe Ratio), ISLR(Integrated Side Lobe Ratio)이 확인 및 검증될 수 있다.
국내특허공개 10-2012-0054347(2012년05월30일)
상기 특허문헌은 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하여 도플러 중심 주파수와 도플러 주파수 변화율을 구함으로써 방향 벡터 정보방식에 비해 도플러 중심 주파수 정보가 간단하면서 정밀하게 추출되는 영상레이더(Synthetic Aperture Radar)의 기술을 나타낸다.
하지만, 상기 특허문헌을 포함한 영상 레이더(SAR)에서 영상 레이더(SAR)의 성능이 검증되려면, 표적에 대한 거리 응답 특성과 도플러 응답 특성 및 신호대 잡음비 등이 분석되고, 촬영된 실제영상으로부터 품질이 판별되어야 한다.
더구나, 영상 레이더(SAR)의 실제 영상이 획득되려면, 영상 레이더(SAR)가 차량 플랫폼이나 또는 비행기 플랫폼에 실제로 장착하고, 차량이나 비행기를 운행하여 영상을 획득하여야 하는 불편이 있을 수밖에 없다.
특히, 시험 장치나 비행시험을 통해 얻어진 영상 레이더(SAR)의 성능평가로부터는 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 성능을 알 수 있는데 그칠 수밖에 없고, 영상 레이더(SAR)의 성능을 저하시키는 근본적인 원인 분석에는 한계가 있을 수밖에 없다.
일례로, 영상 레이더(SAR)의 시스템에서 발생하는 펄스 오차에 대한 정밀한 분석이 이루어질 수 없음에 따른 것으로, 이는 펄스 오차에 대한 정밀한 분석이 이루어지려면 펄스 오차를 펄스내, 펄스간, 진폭, 위상, 리니어(Linear), 쿼드라틱(Quadratic) 및 랜덤(Random)과 같은 성분에 대한 고려가 반드시 우선되어야 함에 기인된다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 보정 경로가 이용된 펄스 오차 분석 기법을 적용함으로써 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 성능이 정밀하게 분석될 수 있고, 특히 분석된 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)으로 영상 레이더(SAR)의 성능항목인 해상도, PSLR, ISLR이 확인 및 검증됨으로써 차량이나 또는 비행기 운용에 드는 비용도 저감될 수 있는 영상 레이더 성능 분석 기법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 레이더 성능 분석 기법은 영상레이더 성능 검증을 위해 송수신되는 신호들이 각각 경로를 형성하고, 상기 경로에 대한 보정을 송신보정과 수신보정 및 IF(Intermediate Frequency)보정으로 각각 구분되어 보정 여부가 판단되고, 판단 결과에 의해 상기 경로 보정이 이루어지는 보정경로선택단계;
상기 송신보정과 상기 수신보정 및 상기 IF(Intermediate Frequency)보정이 수행되면, 각각으로부터 펄스오차가 도출되는 분석인자도출단계;
상기 각각의 펄스오차로부터 전체 펄스 오차가 결정되고, 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 거리방향 IRF분석과 방위방향 IRF분석을 수행하여 그 결과로부터 해상도를 포함한 적어도 1가지 이상의 영상 레이더(SAR)의 성능 항목이 판단되는 SAR검증단계; 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 보정경로선택단계에서, 상기 송신보정이 이루어지지 않을 때 상기 수신보정과 상기 IF(Intermediate Frequency)보정이 이루어지고, 상기 수신보정과 상기 IF(Intermediate Frequency) 보정은 오어(or)조건이다.
상기 송신 보정이 이루어지는 경로는 RF송신기의 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치는 반면 RF수신기의 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치지 않는 것을 특징으로 하고, 상기 수신 보정이 이루어지는 경로는 RF송신기의 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치지 않는 반면 RF수신기의 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치는 것을 특징으로 하며, 상기 IF 보정이 이루어지는 경로는 RF송신기의 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치고 않고, RF수신기의 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 분석인자도출단계에서, 상기 송신보정과 상기 수신보정 및 상기 IF(Intermediate Frequency)보정이 이루어지면, 수신 펄스로부터 펄스 오차를 펄스내 오차와 펄스간 오차로 분류하고, 상기 펄스내 오차를 펄스내 절대 오차와 상대 오차가 포함된 다항식으로 모델링하며, 상기 펄스간 오차를 펄스간 진폭 및 위상 오차가 포함된 다항식으로 모델링하고, 상기 펄스 오차를 진폭 오차 및 위상 오차와 함께 펄스오차 특성값이 포함된 다항식으로 펄스 오차 성분 모델링이 된 후, 상기 펄스 오차 성분 모델링으로부터 상기 펄스오차가 각각 도출된다.
상기 SAR검증단계에서, 상기 각각의 펄스오차는 상기 송신보정에서 도출된 송신 보정 경로 펄스오차(PE_Tx)로 정의되고, 상기 수신보정에서 도출된 수신 보정 경로 펄스오차(PE_Rx)로 정의되며, 상기 IF보정에서 도출된 송수신 보정 경로 펄스오차(PE_IF)로 정의되고, 상기 PE_Tx와 상기 PE_Rx와 상기 PE_IF가 합성되어 전체 펄스 오차(PT_TRX)로 정의되고, 상기 PT_TRX는 PT_TRX = PE_Tx + PE_Rx - 2 x PE_IF로 합성되고, 합성된 전체 값으로부터 산출된다.
상기 PT_TRX는 상기 PE_Tx, 상기 PE_Rx, 상기 PE_IF가 각각 개별적으로 계산되고, 개별적으로 계산된 값으로부터 산출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 영상 레이더 송수신기는 성능 검증하고자 하는 영상 레이더 시스템에서 필요로 하는 기준 신호(Local Oscillator Signal)가 발생되는 주파수발생기와; 모듈레이션(Modulation)된 신호로 발생하여 주는 파형발생기와; 주파수 상향변환하고, 고출력신호로 증폭하는 RF송신기와; 안테나와 연결하고, 송수신호를 분리하여 주는 송수신경로기와; 저잡음 증폭되고, 주파수 하향변환되는 RF수신기와; 신호를 아날로그-디지털 변환하거나 디지털 다운 컨버젼하는 기저대역처리기; 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 파형발생기에서 나온 신호가 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치는 RF송신기와, 상기 RF송신기의 신호가 입력되는 상기 송수신경로기와, 상기 송수신경로기의 신호가 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 통과하지 않고 입력되는 상기 RF수신기는 송신 보정 경로를 형성하고, 상기 송신 보정 경로에서는 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 거리방향 IRF분석과 방위방향 IRF분석을 위한 송신 보정 경로 펄스오차가 도출된다.
상기 파형발생기에서 나온 신호가 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치지 않는 RF송신기와, 상기 RF송신기의 신호가 입력되는 상기 송수신경로기와, 상기 송수신경로기의 신호가 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 통과하여 입력되는 상기 RF수신기는 수신 보정 경로를 형성하고, 상기 수신 보정 경로에서는 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 거리방향 IRF분석과 방위방향 IRF분석을 위한 수신 보정 경로 펄스오차가 도출된다.
상기 파형발생기에서 나온 신호가 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치지 않는 RF송신기와, 상기 RF송신기에서 나온 신호가 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치지 않고 입력되는 상기 RF수신기는 IF(Intermediate Frequency)보정 경로를 형성하고, 상기 IF보정 경로에서는 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 거리방향 IRF분석과 방위방향 IRF분석을 위한 송수신 보정 경로 펄스오차가 도출된다.
이러한 본 발명은 송신과 수신 및 IF 채널 각각의 펄스 안정도가 보정 경로를 통하여 분석되고, 이로부터 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 성능이 이용되어 영상레이더(SAR)의 성능 항목인 해상도, PSLR(Peak Side Lobe Ratio), ISLR(Integrated Side Lobe Ratio)이 확인 및 검증됨으로써 영상 레이더(SAR)의 성능이 최적화될 수 있고, 특히 영상 레이더(SAR)의 성능검증에 대한 시험 평가 기법이 단순해지면서도 결과에 대한 신뢰성도 크게 높아지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 송신과 수신 및 IF 채널 각각의 펄스 안정도를 분석하는 보정 경로가 지상에 있는 송수신기에서 구현됨으로써, 차량이나 또는 비행기를 이용한 실제 영상 촬영 과정도 필요하지 않아 영상 레이더(SAR)의 성능 검증에 드는 비용이 크게 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 영상 레이더(SAR : Synthetic Aperture Radar)의 송수신기의 구성이고, 도 2는 본 발명의 SAR 송수신기를 이용한 영상 레이더 성능 분석 기법에 적용되는 펄스 오차 도출 개념이며, 도 3은 본 발명에 따른 SAR 송수신기를 이용한 영상 레이더 성능 분석 기법의 동작 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 영상 레이더 성능 분석 기법에 적용된 송신 보정 경로 상태이고, 도 5는 본 발명의 영상 레이더 성능 분석 기법에 적용된 수신 보정 경로 상태이며, 도 6은 본 발명의 영상 레이더 성능 분석 기법에 적용된 IF 보정 경로 상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 영상 레이더(SAR : Synthetic Aperture Radar)의 송수신기의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, SAR 송수신기(10)는 주파수발생기(11)와, 파형발생기(12)와, RF송신기(13)와, 안테나(20)와 송수신하는 송수신경로기(14)와, RF수신기(15) 및 기저대역처리기(16)로 구성된다.
상기 주파수발생기(11)에서는 기준 신호(Local Oscillator Signal, LO)가 발생되며, 상기 기준 신호(LO)는 성능 검증하고자 하는 영상 레이더 시스템에서 필요로 하는 기준 신호가 된다.
상기 파형발생기(12)에서는 기준 신호(LO)를 이용하여 모듈레이션(Modulation)된 신호를 발생하여 준다.
상기 RF송신기(13)에서는 모듈레이션(Modulation)된 신호를 송신하고, 송신 신호는 주파수 상향변환한 후 고출력신호로 증폭하여 송신된다. 이를 이해, RF송신기(13)에는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)가 포함될 수 있다.
상기 송수신경로기(14)에서는 송신기와 수신기를 안테나(20)에 연결하고, 안테나(20)로 나가는 송신 신호와 안테나(20)에서 들어온 수신 신호가 분리된다.
상기 RF수신기(15)에서는 송수신경로기(14)를 통해 수신된 수신 신호가 들어오고, 입력된 수신 신호가 저잡음 증폭되고 주파수 하향변환된다. 이를 이해, RF수신기(15)에는 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)가 포함될 수 있다.
상기 기저대역처리기(16)에서는 저잡음 증폭과 주파수 하향변환된 수신 신호가 아날로그-디지털 변환되거나 또는 디지털 다운 컨버젼된다.
한편, 본 실시예에서 수행되는 송신보정이나 수신보정 또는 IF보정을 통해 펄스오차가 도출되고, 이러한 펄스 오차는 펄스내 오차와 펄스간 오차로 나뉠 수 있다.
일례로, 상기 펄스내 오차는 수신 신호와 비교되는 기준 신호의 특성에 따라 절대 오차와 상대 오차로 분류되며, 펄스내 절대오차는 수신 신호와 파형발생기에서 출력된 이상적인 신호를 비교한 결과로 정의되고, 반면 펄스내 상대오차는 수신 신호에서 기준 펄스와 다른 펄스간의 상대 오차를 비교한 결과로 정의된다.
또한, 상기 펄스간 오차는 수신 신호에서 펄스별 평균 값을 상호 비교한 결과이다.
그러므로, 본 실시예에서 도출된 펄스 오차는 펄스 오차 관련 수학식과 펄스 오차 특성에 따른 성분분석으로 계산된다.
한편, 도 2는 본 실시예에 따른 SAR 송수신기를 이용한 영상 레이더 성능 분석 기법에 적용되는 펄스 오차 도출 개념을 나타내며, 이를 참조할 때 펄스 오차 도출은 다음과 같이 수행된다.
펄스 오차가 포함된 수신 펄스는 (식 1)로 표현되고, 수신 신호에 대한 기준(Replica) 펄스는 (식 2)으로 표현된다.
Figure 112012103725667-pat00001
(식 1)
Figure 112012103725667-pat00002
(식 2)
여기서,
Figure 112012103725667-pat00003
은 수신 신호,
Figure 112012103725667-pat00004
는 기준 신호, A와 B는 펄스의 진폭 값,
Figure 112012103725667-pat00005
는 chirp rate,
Figure 112012103725667-pat00006
과
Figure 112012103725667-pat00007
는 샘플 n 펄스 m에서의 진폭과 펄스 오차,
Figure 112012103725667-pat00008
과
Figure 112012103725667-pat00009
는 샘플 n 펄스 k에서의 진폭과 펄스 오차이다.
펄스내 절대 오차와 상대 오차 관련 수식은 (식 3)로 표현된다.
Figure 112012103725667-pat00010
Figure 112012103725667-pat00011
(식 3)
여기서,
Figure 112012103725667-pat00012
과
Figure 112012103725667-pat00013
는 각각 절대오차와 상대오차이다.
펄스간 진폭 및 위상 오차는 (식 4)로 표현된다.
Figure 112012103725667-pat00014
Figure 112012103725667-pat00015
(식4)
이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 펄스내 오차와 펄스간 오차로 분류된 펄스 오차는 각각의 오차가 2차 다항식으로 모델링될 수 있다.
한편, 펄스 오차 성분 모델링은 (식 5)으로 표현된다.
Figure 112012103725667-pat00016
(식 5)
여기서,
Figure 112012103725667-pat00017
는 진폭 오차,
Figure 112012103725667-pat00018
는 위상 오차이고 a1과 b1은 리니어(Linear) 성분, a2와 b2는 쿼드라틱(Quadratic)성분, a3와 b3는 랜덤(Random)성분이다.
이로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 펄스내 오차에서 리니어(Linear)성분과 쿼드라틱(Quadratic)성분 및 3차 이상의 고차항들은 랜덤(Random)성분으로 분류된다.
도 2를 참조하면, 리니어(Linear)성분과 쿼드라틱(Quadratic)성분 및 랜덤(Random)성분은 각각 리니어(Linear)성분(a)과 쿼드라틱(Quadratic)성분(b) 및 랜덤(Random)성분(c)으로 예시됨을 알 수 있다.
상기 리니어(Linear)성분(a)은 주파수에 대한 시간 성분을 분석했을 때 선형적인 특성을 보이고, 반면 상기 쿼드라틱(Quadratic)성분(b)은 2차 함수의 특성을 보이며, 반면 상기 랜덤(Random)성분(c)은 리니어(Linear)성분(a)와 쿼드라틱(Quadratic)성분(b)을 제외한 나머지 고차 성분으로 잡음과 유사한 특성을 보인다.
한편, 도 3은 본 실시예에 따른 SAR 송수신기를 이용한 영상 레이더 성능 분석 기법의 동작 흐름을 나타낸다.
S100은 SAR 송수신기에서 생성된 송신신호에 대한 송신 보정이 판단되는 과정으로서, 송신 보정 판단결과 송신 보정이 필요하지 않으면 S200으로 전환됨으로써 SAR 송수신기에서 수신된 수신신호에 대한 수신 보정이 판단된다.
하지만, 송신 보정 판단결과 송신 보정이 필요하면, SAR 송수신기에서 생성된 송신신호에 대해서 S110과 같이 송신 보정 경로가 설정된다.
도 4에는 송신 보정 경로가 예시되며, 도시된 바와 같이 송신 보정 경로는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)를 거치는 경로로 송신 신호가 입력되는 RF송신기(13)와, RF송신기(13)에서 나온 송신신호가 송수신경로기(14)를 거친 후 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)를 통과하지 않는 경로로 입력되는 RF수신기(15)로 형성된다.
상기 RF송신기(13)에 입력되는 송신 신호는 모듈레이션(Modulation)된 신호는 파형발생기(12)에서 제공되고, RF수신기(15)에서 나온 송신 신호는 기저대역처리기(16)로 입력된다.
그러므로, 송신 보정 경로는 RF송신기(13)에서는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)(Ka)를 포함하고, 반면 RF수신기(15)에서는 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(Kb)를 포함하지 않으며, 이러한 경로로부터 송신 경로가 분석된다.
S110에서는 설정된 송신 보정 경로에 대해 시험되는 과정이 포함된다.
S120에서는 송신 보정 경로의 시험 결과가 획득되고, 이어 S130에서는 획득된 시험 결과로부터 펄스오차가 도출되며, 이러한 도출 결과는 (식 5)로 표현된 펄스 오차 성분 모델링으로부터 구해진다.
이때, 상기 펄스오차는 송신 보정 경로 펄스오차 = PE_Tx로 정의된다.
한편, S200은 SAR 송수신기에서 수신된 수신신호에 대한 수신 보정이 판단되는 과정으로서, 수신 보정 판단결과 수신 보정이 필요하지 않으면 S300으로 전환됨으로써 IF(Intermediate Frequency) 보정 여부가 판단된다.
하지만, 수신 보정 판단결과 수신 보정이 필요하면, SAR 송수신기로 들어온 수신 신호에 대해서 S210과 같이 수신 보정 경로가 설정된다.
도 5에는 수신 보정 경로가 예시되며, 도시된 바와 같이 수신 보정 경로는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)를 거치지 않는 경로로 모듈레이션된 신호가 입력되는 RF송신기(13)와, RF송신기(13)에서 나온 수신신호가 송수신경로기(14)를 거친 후 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)를 통과하는 경로로 입력되는 RF수신기(15)로 형성된다.
상기 RF송신기(13)에 입력되는 신호는 파형발생기(12)에서 제공되고, RF수신기(15)에서 나온 수신 신호는 기저대역처리기(16)로 입력된다.
그러므로, 수신 보정 경로는 RF송신기(13)에서는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)(Kc)를 포함하지 않고, 반면 RF수신기(15)에서는 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(Kd)를 포함하며, 이러한 경로로부터 수신 경로가 분석된다.
S210에서는 설정된 수신 보정 경로에 대해 시험되는 과정이 포함된다.
S220에서는 수신 보정 경로의 시험 결과가 획득되고, 이어 S230에서는 획득된 시험 결과로부터 펄스오차가 도출되며, 이러한 도출 결과는 (식 5)로 표현된 펄스 오차 성분 모델링으로부터 구해진다.
이때, 상기 펄스오차는 수신 보정 경로 펄스오차 = PE_Rx로 정의된다.
한편, S300은 IF 보정이 판단되는 과정으로서, IF 보정 판단결과 IF 보정이 필요하지 않으면 초기 상태로 복귀 후 절차에 따른 과정이 지속된다.
하지만, IF 보정 판단결과 IF 보정이 필요하면, S310과 같이 IF 보정을 위한 송수신 경로가 설정된다.
도 6에는 IF 보정을 위한 송수신 경로가 예시되며, 도시된 바와 같이 IF 보정을 위한 송수신 경로는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)를 거치지 않는 경로로 송수신호가 입력되는 RF송신기(13)와, RF송신기(13)에서 나온 신호가 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)를 거치지 않는 경로로 입력되는 RF수신기(15)로 형성된다.
그러므로, IF 보정을 위한 송수신 경로는 RF송신기(13)에서는 고출력증폭기(Power Amplifier, PA)(Ke)를 포함하지 않고, 또한 RF수신기(15)에서는 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(Kf)를 포함하지 않으며, 이러한 경로로부터 IF 보정 경로가 분석된다.
S310에서는 설정된 IF 보정을 위한 송수신 경로에 대해 시험되는 과정이 포함된다.
S220에서는 IF 보정을 위한 송수신 경로의 시험 결과가 획득되고, 이어 S230에서는 획득된 시험 결과로부터 펄스오차가 도출되며, 이러한 도출 결과는 (식 5)로 표현된 펄스 오차 성분 모델링으로부터 구해진다.
이때, 상기 펄스오차는 송수신 보정 경로 펄스오차 = PE_IF로 정의된다.
그러므로, 본 실시예에서는 S110내지 S130으로 실행되는 S100의 송신보정과, S210내지 S230으로 실행되는 S200의 수신보정과, S310내지 S330으로 실행되는 S300의 IF 보정이 각각 수행되고, S100의 송신보정결과로 PE_Tx가 도출되고, S200의 수신보정결과로부터 PE_Rx가 도출되며, S300의 IF 보정으로부터 PE_IF가 도출된다.
한편, 도 3을 참조하면, S400은 SAR 송수신시스템에 대한 송수신경로가 분석되는 단계이며, 이 단계에서는 PE_Tx와 PE_Rx 및 PE_IF가 모두 합성되어진다.
이러한 결과로부터 송수신경로 전체 펄스 오차 = PE_TRX가 다음과 같이 계산된다.
계산식 : PE_TRX = PE_Tx + PE_Rx - 2 x PE_IF
하지만, 본 실시예에서는 송신 보정 경로 펄스오차로부터 송신 보정 경로가 분석되고, 수신 보정 경로 펄스오차로부터 수신 보정 경로가 분석되며, 송수신 보정 경로 펄스오차로부터 IF 보정 경로가 분석됨과 같이 각각이 개별적으로 분석될 수 있고, 이러한 개별적인 분석으로부터 SAR 송수신시스템에 대한 개별적인 경로 성능이 판단될 수 있다.
S500은 펄스내 오차를 이용하여 거리방향 IRF를 분석하는 과정으로서, 이로부터 펄스내 오차가 거리방향 IRF에 미치는 영향이 확인될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 펄스내 오차는 수신 신호와 비교되는 기준 신호의 특성에 따라 절대 오차와 상대 오차로 분류되며, 펄스내 절대오차는 수신 신호와 파형발생기에서 출력된 이상적인 신호를 비교한 결과이고, 반면 펄스내 상대오차는 수신 신호에서 선택된 기준 펄스와 다른 펄스간의 상대 오차를 비교한 결과이다.
S600은 펄스간 오차를 이용하여 방위방향 IRF를 분석하는 과정으로서, 이로부터 펄스간 오차가 방위방향 IRF에 미치는 영향이 확인될 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 펄스간 오차는 수신 신호에서 펄스별 평균 값을 상호 비교한 결과이다.
상기와 같이 거리방향 IRF 분석과 S600의 방위방향 IRF를 분석이 수행됨으로써 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)이 정밀하게 분석되며, 이러한 방식이 이용됨으로써 지상에서도 간단하게 영상 레이더(SAR)의 성능검증이 이루어질 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는 차량이나 또는 비행기를 운용하여 이루어지는 장착 시험이 없이도 SAR 성능 항목인 해상도, PSLR, ISLR이 확인 및 검증될 수 있다.
10 : SAR 송수신기 11 : 주파수발생기
12 : 파형발생기 13 : RF송신기
14 : 송수신경로기 15 : RF수신기
16 : 기저대역처리기 20 : 안테나

Claims (7)

  1. 영상레이더 성능 검증을 위해 송수신되는 신호들이 각각 경로를 형성하고, 상기 경로에 대한 보정을 송신보정과 수신보정 및 IF(Intermediate Frequency)보정으로 각각 구분되어 보정 여부가 판단되고, 판단 결과에 의해 상기 경로 보정이 이루어지는 보정경로선택단계;
    상기 송신보정과 상기 수신보정 및 상기 IF(Intermediate Frequency)보정이 수행되면, 각각으로부터 펄스오차가 도출되는 분석인자도출단계;
    상기 각각의 펄스오차로부터 전체 펄스 오차가 결정되고, 임펄스 응답 특성(IRF; Impulse Response Function)의 거리방향 IRF분석과 방위방향 IRF분석을 수행하여 그 결과로부터 해상도를 포함한 적어도 1가지 이상의 영상 레이더(SAR)의 성능 항목이 판단되는 SAR검증단계;가 포함되고,
    상기 분석인자도출단계에서, 상기 송신보정과 상기 수신보정 및 상기 IF(Intermediate Frequency)보정이 이루어지면, 수신 펄스로부터 펄스 오차를 펄스내 오차와 펄스간 오차로 분류하고, 상기 펄스내 오차를 펄스내 절대 오차와 상대 오차가 포함된 다항식으로 모델링하며, 상기 펄스간 오차를 펄스간 진폭 및 위상 오차가 포함된 다항식으로 모델링하고, 상기 펄스 오차를 진폭 오차 및 위상 오차와 함께 펄스오차 특성값이 포함된 다항식으로 펄스 오차 성분 모델링이 된 후, 상기 펄스 오차 성분 모델링으로부터 상기 펄스오차가 각각 도출되며, 각 과정에서, 펄스 오차가 포함된 수신 펄스 수학식(식1), 수신 신호에 대한 기준(Replica) 펄스 수학식(식2), 펄스내 절대 오차와 상대 오차 관련 수학식(식3), 펄스간 진폭 및 위상 오차 관련 수학식(식4), 펄스 오차 성분 모델링 수학식(식5)이 적용되고,
    Figure 112014081694377-pat00025
    - 수학식1,
    Figure 112014081694377-pat00026
    -수학식2,
    Figure 112014081694377-pat00027
    ,
    Figure 112014081694377-pat00028
    -수학식3,
    Figure 112014081694377-pat00029
    ,
    Figure 112014081694377-pat00030
    -수학식4,
    Figure 112014081694377-pat00031
    -수학식5
    여기서,
    Figure 112014081694377-pat00032
    은 절대오차,
    Figure 112014081694377-pat00033
    는 상대오차,
    Figure 112014081694377-pat00034
    은 수신 신호,
    Figure 112014081694377-pat00035
    는 기준 신호, A와 B는 펄스의 진폭 값,
    Figure 112014081694377-pat00036
    는 chirp rate,
    Figure 112014081694377-pat00037
    과
    Figure 112014081694377-pat00038
    는 샘플 n 펄스 m에서의 진폭과 펄스 오차,
    Figure 112014081694377-pat00039
    과
    Figure 112014081694377-pat00040
    는 샘플 n 펄스 k에서의 진폭과 펄스 오차,
    Figure 112014081694377-pat00041
    는 진폭 오차,
    Figure 112014081694377-pat00042
    는 위상 오차이고 a1과 b1은 리니어(Linear) 성분, a2와 b2는 쿼드라틱(Quadratic)성분, a3와 b3는 랜덤(Random)성분인 것을 특징으로 하는 영상 레이더 성능 분석 기법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 송신 보정이 이루어지는 경로는 RF송신기의 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치는 반면 RF수신기의 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치지 않는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 성능 분석 기법.

  3. 청구항 1에 있어서, 상기 수신 보정이 이루어지는 경로는 RF송신기의 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치지 않는 반면 RF수신기의 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 성능 분석 기법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 IF 보정이 이루어지는 경로는 RF송신기의 고출력증폭기(Power Amplifier)를 거치고 않고, RF수신기의 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier)를 거치지 않는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 성능 분석 기법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 펄스오차 특성값은 리니어(Linear)성분과 쿼드라틱(Quadratic)성분 및 랜덤(Random)성분인 것을 특징으로 하는 영상 레이더 성능 분석 기법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 SAR검증단계에서, 상기 각각의 펄스오차는 상기 송신보정에서 도출된 송신 보정 경로 펄스오차(PE_Tx)로 정의되고, 상기 수신보정에서 도출된 수신 보정 경로 펄스오차(PE_Rx)로 정의되며, 상기 IF보정에서 도출된 송수신 보정 경로 펄스오차(PE_IF)로 정의되고, 상기 PE_Tx와 상기 PE_Rx와 상기 PE_IF가 합성되어 전체 펄스 오차(PT_TRX)로 정의되며, 상기 PT_TRX는 PT_TRX = PE_Tx + PE_Rx - 2 x PE_IF로 합성되고, 합성된 전체 값으로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 영상 레이더 성능 분석 기법.
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