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KR101839041B1 - FMCW-SAR system using correction continuous motion effect and method for reconstructing SAR image using FMCW-SAR system - Google Patents

FMCW-SAR system using correction continuous motion effect and method for reconstructing SAR image using FMCW-SAR system Download PDF

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KR101839041B1
KR101839041B1 KR1020170135280A KR20170135280A KR101839041B1 KR 101839041 B1 KR101839041 B1 KR 101839041B1 KR 1020170135280 A KR1020170135280 A KR 1020170135280A KR 20170135280 A KR20170135280 A KR 20170135280A KR 101839041 B1 KR101839041 B1 KR 101839041B1
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KR
South Korea
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signal
fmcw
sar
radar antenna
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김진우
신희섭
옥재우
황지환
정정교
김덕진
Original Assignee
엘아이지넥스원 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 육상, 해상, 공상 등에서 움직이는 운동체에 장착되어 이 운동체의 이동 속도를 기초로 수정된 정합 필터를 토대로 연속 이동 효과가 보정된 수신 신호로부터 SAR 영상을 복원하는 FMCW-SAR 시스템 및 그 작동 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 시스템은 FMCW-SAR 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 안테나 위치 변화량 산출부; 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 안테나 위치 변화량 반영부; 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 수신 신호 변환부; 주파수 영역의 신호로부터 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 수신 신호를 전처리하는 안테나 위치 변화량 제거부; 및 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원하는 SAR 영상 복원부를 포함한다.The present invention relates to an FMCW-SAR system for restoring an SAR image from a received signal corrected for a continuous movement effect based on a matched filter mounted on a moving body moving on land, sea, . The system according to the present invention includes: an antenna position change amount calculating unit for calculating a position change amount of a radar antenna provided in an FMCW-SAR system while acquiring a reflected signal from a target in an FMCW-SAR system; An antenna position change amount reflector for reflecting a change amount of a position of a radar antenna in a time domain signal related to a received signal; A reception signal converting unit for converting a signal in a time domain reflecting the positional change amount of the radar antenna into a signal in the frequency domain; An antenna position change amount removing unit for removing a change amount of a position of a radar antenna from a signal in a frequency domain to pre-process a received signal; And a SAR image restoration unit for restoring the SAR image based on the reception signal from which the position change component of the radar antenna is removed.

Description

연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템 및 이 시스템의 SAR 영상 복원 방법 {FMCW-SAR system using correction continuous motion effect and method for reconstructing SAR image using FMCW-SAR system}[0001] The present invention relates to an FMCW-SAR system using continuous motion compensation and a SAR image restoration method using the same,

본 발명은 SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 신호 기반 SAR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a SAR (Synthetic Aperture Radar) system. More particularly, to a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) signal based SAR system.

영상 레이더 분야는 크게 위성, 항공기, 차량 등의 플랫폼을 활용해 운용될 수 있으며, 이때 기존 시스템은 상대적으로 고성능/고비용의 처프 펄스(chirp-pulse) 레이더 시스템을 기반으로 한 시스템 운용이 일반적이다. 이는 저비용/고효율이 요구되는 다양한 목적에 부합되기에는 한계가 있으며, 영상 레이더 시스템의 측면에서도 기술적 완성도와 요구 기술 수준이 대단히 높다고 할 수 있다.The image radar field can be operated using platforms such as satellites, aircrafts, and vehicles. In this case, the conventional system is generally operated based on a relatively high-performance / high-cost chirp-pulse radar system. This is limited to meet various purposes that require low cost / high efficiency, and the level of technical completeness and required technology is very high in terms of image radar system.

FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 신호 기반 레이더 시스템은 기존 처프 펄스 기반의 시스템과 비교해 상대적으로 소형/경량화 및 저비용의 개발이 가능한 단순한 시스템 구조를 갖는 특성이 있다. 그러나 기존 처프 펄스 기반 영상 레이더와 비교해 시스템 구현을 위한 기술적 수준이 낮고 고성능의 시스템 구현에 한계가 있으며, 송출하는 전파의 변조 방식의 차이로 인해 영상 레이더 시스템으로의 구현에 기술적으로 어려워 문제점을 갖는다.The frequency modulated continuous wave (FMCW) signal based radar system has a simple system structure that can be relatively small / lightweight and can be developed at a low cost as compared with the conventional chirp pulse based system. However, compared with the conventional chirp pulse-based image radar, there is a problem in that it is technically difficult to implement the image radar system due to the difference in the modulation method of the radio wave transmitted and the technical level for implementing the system is low and the implementation of the high performance system is low.

한국공개특허 제2015-0055812호 (공개일 : 2015.05.22.)Korean Laid-Open Patent No. 2015-0055812 (published on May 22, 2015).

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에서 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 연속 이동 효과(continuous motion effect)를 보정하는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치 및 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the problems described above. It is an object of the present invention to provide a FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) -SAR (Synthetic Aperture Radar) And to propose an apparatus and method for correcting a continuous movement effect of a SAR system.

또한 본 발명은 육상, 해상, 공상 등에서 움직이는 운동체에 장착되어 이 운동체의 이동 속도를 기초로 수정된 정합 필터를 토대로 연속 이동 효과가 보정된 수신 신호로부터 SAR 영상을 복원하는 FMCW-SAR 시스템 및 그 작동 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention also relates to an FMCW-SAR system for restoring an SAR image from a received signal corrected for a continuous movement effect based on a modified matched filter mounted on a moving body moving on land, sea, And to propose a method.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 상기 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 안테나 위치 변화량 산출부; 상기 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 안테나 위치 변화량 반영부; 상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 수신 신호 변환부; 및 상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하는 안테나 위치 변화량 제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치를 제안한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to achieve the above-mentioned object, and it is an object of the present invention to provide a radar antenna system for a FMCW-SAR system, An antenna position change amount calculating unit for calculating a position change amount of the antenna; An antenna position change amount reflector for reflecting a position change amount of the radar antenna in a time domain signal related to the received signal; A reception signal converting unit for converting the time domain signal into a frequency domain signal, the time domain signal reflecting the positional change amount of the radar antenna; And an antenna position change amount canceling unit for removing the change amount of the position of the radar antenna from the frequency domain signal to pre-process the received signal.

또한 본 발명은 FMCW-SAR 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 상기 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 단계; 상기 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 단계; 상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 및 상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 방법을 제안한다.The present invention further provides a method for estimating a position of a radar antenna in a FMCW-SAR system, the method comprising: calculating a positional change amount of a radar antenna included in the FMCW-SAR system during acquisition of a reception signal reflected from a target; Reflecting a position change amount of the radar antenna in a time domain signal related to the received signal; Converting the signal in the time domain into a signal in the frequency domain, the signal indicating the change in position of the radar antenna; And removing the positional change amount of the radar antenna from the signal in the frequency domain to pre-process the received signal.

또한 본 발명은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 상기 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 안테나 위치 변화량 산출부; 상기 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 안테나 위치 변화량 반영부; 상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 수신 신호 변환부; 상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하는 안테나 위치 변화량 제거부; 및 상기 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 상기 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원하는 SAR 영상 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템을 제안한다.The present invention also provides an antenna position change amount calculation unit for calculating a position change amount of a radar antenna provided in the FMCW-SAR system while acquiring a reception signal reflected from a target in a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) -SAR (Synthetic Aperture Radar) part; An antenna position change amount reflector for reflecting a position change amount of the radar antenna in a time domain signal related to the received signal; A reception signal converting unit for converting the time domain signal into a frequency domain signal, the time domain signal reflecting the positional change amount of the radar antenna; An antenna position change amount removing unit for removing a change amount of the position of the radar antenna from the frequency domain signal and pre-processing the received signal; And an SAR image reconstructing unit for reconstructing an SAR image based on the received signal from which the position-varying component of the radar antenna is removed. The present invention also provides an FMCW-SAR system using the continuous movement effect correction method.

또한 본 발명은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 상기 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 단계; 상기 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 단계; 상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계; 상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하는 단계; 및 상기 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 상기 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템의 SAR 영상 복원 방법을 제안한다.The present invention also provides a method of calculating a positional change amount of a radar antenna provided in an FMCW-SAR system while acquiring a reception signal reflected from a target in a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) -SAR (Synthetic Aperture Radar) system; Reflecting a position change amount of the radar antenna in a time domain signal related to the received signal; Converting the signal in the time domain into a signal in the frequency domain, the signal indicating the change in position of the radar antenna; Removing a variation in the position of the radar antenna from the signal in the frequency domain to pre-process the received signal; And reconstructing an SAR image based on the received signal from which the positional change component of the radar antenna is removed. The SAR image restoration method of the FMCW-SAR system using the continuous movement effect correction technique is proposed.

본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성들을 통하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention can achieve the following effects through the configurations for achieving the above object.

첫째, 본 발명은 신호 모델로부터 확인 가능한 연속 이동 효과의 위상 변화 성분을 레이더 원시 자료로부터 전처리(pre-processing)함으로써 최종 레이더 복원 영상 내 목표물 번짐 현상(blurring)을 개선할 수 있다.First, the present invention can improve the target blurring in the final radar reconstruction image by pre-processing the phase change component of the continuous movement effect, which can be confirmed from the signal model, from the radar source data.

둘째, 본 발명은 수정된 정합 필터의 적용으로 영상 복원시 목표물의 중심에 상대적으로 더 많은 전력을 누적시킬 수 있으며, 이에 따라 전체적으로 레이더 복원 영상 품질 개선에 기여할 수 있다.Second, the present invention can accumulate relatively more power at the center of the target during image restoration by applying the modified matched filter, thereby contributing to improvement of the quality of the radar restored image as a whole.

도 1은 연속 이동 효과를 포함한 FMCW-SAR 기하 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 모의 실험을 위한 FMCW-SAR 시스템 설정에 대한 테이블도이다.
도 3은 연속 이동 효과에 의한 목표물 시간 지연(τ) 특성을 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 연속 이동 효과가 적용된 거리 압축 신호 s(w, u)를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 연속 이동 효과 보정 신호 처리 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 수정된 정합 필터 적용 SAR 영상 복원을 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 항공기 기반 FMCW-SAR 시스템 제원을 설명하기 위한 테이블도이다.
도 8은 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 성능을 비교 분석한 결과를 보여주는 도면이다.
도 9는 연속 이동 효과 보정 신호 처리 결과를 보여주는 테이블도이다.
도 10은 시험용 목표물 분산 전력 특성의 개선을 설명하기 위한 참고도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FMCW-SAR 시스템에 구비되는 연속 이동 효과 보정 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 이동 효과 보정 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FMCW-SAR 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
1 is a conceptual diagram showing an FMCW-SAR geometry including a continuous movement effect.
FIG. 2 is a table diagram of FMCW-SAR system configuration for simulation.
3 is a reference diagram for explaining the characteristic of the target time delay (tau) by the continuous movement effect.
4 is a reference diagram for explaining the distance compression signal s (w, u) to which the continuous moving effect is applied.
5 is a reference diagram for explaining a process of processing a continuous movement effect correction signal.
6 is a reference diagram for explaining the modified SAR image restoration applied to the matched filter.
7 is a table diagram illustrating an aircraft-based FMCW-SAR system specification.
FIG. 8 is a graph showing a result of comparative analysis of the continuous moving effect correction performance of the FMCW-SAR system.
FIG. 9 is a table showing the results of continuous motion effect correction signal processing. FIG.
Fig. 10 is a reference diagram for explaining the improvement of the test target dispersion power characteristic.
FIG. 11 is a conceptual diagram schematically illustrating an internal structure of a continuous movement effect correction apparatus provided in an FMCW-SAR system according to a preferred embodiment of the present invention.
12 is a flowchart schematically showing a continuous moving effect correction method according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a conceptual diagram schematically showing an internal configuration of an FMCW-SAR system according to a preferred embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, the preferred embodiments of the present invention will be described below, but it is needless to say that the technical idea of the present invention is not limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.

FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 신호 기반 영상 레이더 시스템은 기존의 chirp-pulse 기반 레이더 시스템보다 소형/경량화에 여러 장점이 있어 최근 다양한 연구/실용화 목적으로 폭넓게 연구되고 있다. 특히, 레이더 영상의 획득을 위한 SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템으로의 활용도는 시스템적인 측면의 장/단점을 고려해 다양한 레이더 영상화 신호 처리 기법들이 연구되고 있다.The frequency modulated continuous wave (FMCW) signal-based radar system has been widely studied for various research / practical purposes in recent years due to its advantages in size and weight reduction compared to the existing chirp-pulse based radar system. In particular, various radar imaging signal processing techniques have been studied in consideration of the shortcoming / disadvantage of the system side in the application to a SAR (Synthetic Aperture Radar) system for acquiring radar images.

본 발명에서는 FMCW 신호 특성에서 기인되는 연속 이동 효과(continuous motion effect) 보정 기법을 제안한다.In the present invention, a continuous motion effect correction technique based on FMCW signal characteristics is proposed.

FM 변조 신호를 CW 형태로 송수신할 때, 기존 chirp-pulse 시스템과 달리 신호 송수신 주기가 상대적으로 매우 길고, 동일한 주기 내에서 송수신이 연속적으로 이루어지게 되는 특성을 갖는다. 이때, 송수신 신호 처리 과정은 물리적으로 영상 레이더 탑재 플랫폼의 지속적인 이동과 동시에 이루어지게 되고, 이와 같은 FMCW 신호 특성에 기인된 영상 레이더 탑재 플랫폼의 상대적 이동 속도가 수신 신호에 영향을 주는 문제가 발생된다. 이는 기존 chirp-pulse 시스템에서 보다 두드러지게 나타나는 FMCW-SAR 시스템의 특성에서 기인되는 한계 상황으로 이를 개선하여 고품질의 레이더 영상을 획득하고자 함이 본 발명의 목적이다.Unlike the conventional chirp-pulse system, when the FM modulation signal is transmitted and received in the CW mode, the signal transmission / reception period is relatively long and the transmission / reception is continuously performed in the same period. At this time, the transmission / reception signal process is physically performed simultaneously with the continuous movement of the image radar platform, and the relative movement speed of the image radar platform due to the FMCW signal characteristic affects the received signal. This is due to the limitation of the FMCW-SAR system, which is more prominent in the conventional chirp-pulse system, and it is an object of the present invention to improve this to obtain a high-quality radar image.

본 발명은 FMCW-SAR 영상 레이더 시스템에서 주파수 변조 연속파(FM-CW) 신호 특성과 레이더 플랫폼의 물리적인 움직임이 반영된 연속 이동 효과를 제거하기 위한 기술이다. 연속 이동 효과 보정을 위해 연속 이동 효과를 수학적으로 모델링하고, 이를 제거하기 위한 시간-도플러 영역의 신호 처리 기법을 제안한다. 그리고 back-projection 알고리즘(BPA) 기반의 레이더 영상 복원 과정에 신호 모델을 근거로 수정된 정합 필터(matched filter) 과정을 추가하여 최종의 레이더 복원 영상의 품질을 개선한다.The present invention is a technique for eliminating the continuous moving effect that reflects the frequency-modulated continuous wave (FM-CW) signal characteristic and the physical movement of the radar platform in the FMCW-SAR image radar system. We propose a time-Doppler domain signal processing technique to model the continuous motion effect mathematically for continuous motion compensation and remove it. In addition, the quality of the final radar reconstruction image is improved by adding a modified matched filter process based on the signal model to the radar image reconstruction process based on the back-projection algorithm (BPA).

다시 말해, 본 발명에서 제안하는 연속 이동 효과 보정 기법은 시간-도플러 영역에서 레이더 플랫폼의 상대 속도(vr)와 데이터 수집 시간(t) 동안의 위상 변화 성분을 레이더 원시 자료(raw-data)로부터 제거하고, 이를 back-projection 알고리즘 기반의 레이더 영상 복원 과정에서 한번 더 수정된 정합 필터를 적용해 레이더 영상 품질을 2단계에 걸쳐 개선하는 기술이다.In other words, the continuous motion effect correction technique proposed in the present invention is a technique of correcting the phase change component during the data acquisition time (t) from the relative speed (v r ) of the radar platform in the time- This is a technique to improve the radar image quality in two steps by applying a modified matched filter once more in the radar image reconstruction process based on the back-projection algorithm.

이하 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

FMCW 신호 기반의 SAR 시스템은 동일한 변조 주기에서 레이더 신호의 송수신이 연속적으로 이루어지는 특징이 있어, 시스템 구성에 따라 상대적으로 송수신 안테나의 연속 이동 효과(continuous motion effect)가 두드러지는 문제가 있다. 이는 항공기 기반 시스템의 SAR 영상 복원을 위해 활용되는 back-projection 알고리즘을 이용한 영상 복원시 영상 품질을 저하시키는 요인으로 작용하여, FMCW 신호 모델을 이용한 연속 이동 효과의 분석과 최적화된 영상 복원 기법 적용이 필요하다.The SAR system based on the FMCW signal is characterized in that the transmission and reception of radar signals are continuously performed in the same modulation period, and there is a problem that the continuous motion effect of the transmitting and receiving antennas is relatively prominent depending on the system configuration. It is necessary to analyze the continuous motion effect using the FMCW signal model and apply the optimized image restoration technique because it acts as a factor to degrade the image quality in the image restoration using the back-projection algorithm used for the SAR image restoration of the aircraft-based system. Do.

이를 위해 본 발명에서는 연속 이동 효과에 의한 레이더 수신 신호의 위상 변화를 FMCW-SAR 신호 모델을 통해 분석하였다. 연속 이동 효과에 의한 위상 변화는 시간-도플러(t, ku) 영역의 신호 처리 기법에 의해 제거될 수 있으며, 영상 복원을 위한 거리 압축 신호에 적용된다. 그리고 SAR 영상 복원을 위해 적용된 back-projection 알고리즘에 연속 이동 효과 보정을 위한 수정된 정합 필터를 적용하였으며, 그 결과를 실제 항공기 기반 SAR 시스템의 관측 데이터에 적용하여 연속 이동 효과 보정 결과를 검증하였다.For this, in the present invention, the phase change of the radar received signal due to the continuous movement effect is analyzed through the FMCW-SAR signal model. The phase shift due to the continuous motion effect can be eliminated by the signal processing technique of the time-Doppler (t, k u ) region and applied to the distance compression signal for image reconstruction. We applied a modified matched filter for continuous motion correction to the back-projection algorithm applied for SAR image reconstruction and applied the results to observation data of real aircraft-based SAR system to verify the results of continuous motion correction.

본 발명에서는 FMCW-SAR 신호 모델과 이를 이용한 연속 이동 효과 및 보정 결과를 모의 실험하고, 실제 영상 복원을 위해 back-projection 알고리즘의 수정된 정합 필터 적용 사례를 FMCW-SAR 신호 모델, 연속 이동 효과 모의 실험, 그리고 실험 결과에서 각각 설명한다.In the present invention, the FMCW-SAR signal model, the continuous motion effect and the correction result using the FMCW-SAR signal model are simulated, and the modified application example of the back-projection algorithm is applied to the FMCW-SAR signal model, , And experimental results.

1. FMCW-SAR 신호 모델1. FMCW-SAR signal model

FMCW-SAR 신호 모델은 시스템 특성을 분석하고, 레이더 원시 신호 생성과 영상 복원 과정을 모의 실험하기 위한 유용한 도구로써 활용될 수 있다. 특히, FMCW-SAR 시스템의 연속적인 안테나 위치 변화 특성을 도 1과 같이 도식화할 수 있으며, 안테나 위치와 목표물 함수는 u와 f(x, y)로 각각 표현될 수 있다.The FMCW-SAR signal model can be used as a useful tool for analyzing system characteristics and simulating radar source signal generation and image reconstruction. In particular, the continuous antenna position change characteristic of the FMCW-SAR system can be expressed as shown in FIG. 1, and the antenna position and the target function can be represented by u and f (x, y), respectively.

(1) FMCW 신호 모델(1) FMCW signal model

FMCW 신호 모델은 수학식 1과 같이 운용 주파수(f0)와 주파수 변조율(Kr = 대역폭/변조 주기)을 이용해 톱니파 형태의 주파수 변조 신호로 나타낼 수 있으며, 수신 신호는 목표물로부터 반사되는 지연 시간(τ)을 이용해 수학식 2와 같이 표현할 수 있다. 이때, 목표물 지연 시간은 수학식 3과 같이 목표물 위치(xi, yj)와 안테나 위치(u)의 거리(R)로부터 계산된다.The FMCW signal model can be expressed as a sawtooth-shaped frequency modulated signal using an operating frequency (f 0 ) and a frequency modulation rate (K r = bandwidth / modulation period) (2) using Equation (2). At this time, the target delay time is calculated from the distance R between the target position (x i , y j ) and the antenna position (u) as shown in Equation (3).

Figure 112017102729722-pat00001
Figure 112017102729722-pat00001

Figure 112017102729722-pat00002
Figure 112017102729722-pat00002

Figure 112017102729722-pat00003
Figure 112017102729722-pat00003

상기에서 R(u)는 목표물과 안테나 사이의 거리를 의미한다. 또한 c는 광속(3 x 108 m/s)을 의미한다.Where R (u) is the distance between the target and the antenna. Also, c means luminous flux (3 x 10 8 m / s).

FMCW 신호 기반의 레이더 시스템은 송수신 신호를 주파수 혼합기를 통해 주파수 하향 변환하고, 두 신호의 차에 해당하는 비트 주파수(beat frequency) 성분을 샘플링하여 영상 복원 과정에 이용한다. 이와 같은 과정을 수학식 4로 정리하여, 다음 과정에서 FMCW-SAR 시스템의 수신 신호로 이용된다.The radar system based on the FMCW signal frequency downconverts the transmission and reception signals through a frequency mixer and samples a beat frequency component corresponding to a difference between the two signals and uses the same in an image reconstruction process. This process is summarized in Equation (4) and used as a reception signal of the FMCW-SAR system in the next process.

Figure 112017102729722-pat00004
Figure 112017102729722-pat00004

수학식 1, 2 및 4는 표현의 편의상 신호 세기 성분이 생략되었으며, 모의 실험을 위해 안테나 빔패턴, 목표물 거리와 반사도 등이 고려되어야 한다.In Equations (1), (2) and (4), signal strength components are omitted for convenience of description, and antenna beam patterns, target distances and reflectivities must be considered for simulation.

(2) 연속 이동 효과(Continuous motion effect) 신호 모델(2) Continuous motion effect signal model

FMCW-SAR 시스템에서 고려되어야 할 연속 이동 효과는 레이더 신호 송수신 과정에도 안테나의 위치가 지속적으로 이동하는 것으로, 기존에 안테나 위치를 정지된 위치로 근사화시킨 start-stop 근사 기법만으로 그 처리가 부족한 측면이 있다.The continuous motion effect to be considered in the FMCW-SAR system is that the position of the antenna is continuously moved even during the transmission and reception of the radar signal, and the start-stop approximation method in which the antenna position is approximated to the stationary position, have.

이를 보완하기 위해서 본 발명에서는 시간에 따른 안테나 위치 변화를 항공기 이동 속도(vr)와 측정 시간(sweep time)을 고려해 다음과 같이 수정하였다.In order to compensate for this, in the present invention, the antenna position change with time is modified as follows considering the moving speed of the aircraft (v r ) and the sweep time.

u → u - vrtu → u - v r t

Figure 112017102729722-pat00005
Figure 112017102729722-pat00005

각각의 송신 신호마다 정지된 안테나 위치로 표현된 기존 거리 함수 R(u)는 수학식 5에 나타난 바와 같이 항공기 이동 속도와 시간 변화에 따른 안테나 위치 변화의 세부 정보를 추가한 2차원 배열의 거리함수 R(t, u)로 나타낼 수 있다.As shown in Equation (5), the existing distance function R (u) expressed by the stationary antenna position for each transmission signal is a distance function of the two-dimensional array added with the details of the antenna position change with time R (t, u).

Figure 112017102729722-pat00006
Figure 112017102729722-pat00006

수학식 6은 연속 이동 효과를 포함한 수정된 거리 함수 R(t,u)를 이용해 거리 성분에 대한 공간 주파수(kr = 2π/λ) 영역의 신호로 표현된 것이다. 이때 안테나 위치 변화를 포함한 공간 주파수 영역의 수신 신호는 비트 주파수 스펙트럼으로 표현되는 거리 정보의 퓨리에 역변환 관계에 놓이며, 이는 시간 영역과 동일한 영역의 신호임을 알 수 있다.Equation (6) is expressed as a signal of a spatial frequency (k r = 2? /?) Region for a distance component using a modified distance function R (t, u) including a continuous movement effect. In this case, the received signal in the spatial frequency domain including the antenna position change is placed in the Fourier inverse relation of the distance information represented by the bit frequency spectrum, which is the signal in the same region as the time domain.

따라서 수학식 3에 대해 시간 영역 신호에 연속 이동 효과를 더해 수학식 6과 같이 정리할 수 있다. 이를 시간-도플러 S(t, ku) 영역의 신호로 변환하는 과정은 수학식 7 및 8과 같다.Therefore, the continuous motion effect can be added to the time domain signal for Equation (3) and can be summarized as Equation (6). The process of converting this into a signal of the time-Doppler S (t, k u ) region is as shown in Equations (7) and (8).

Figure 112017102729722-pat00007
Figure 112017102729722-pat00007

상기에서 Ku는 안테나 위치 변화에 따라 발생하는 도플러 주파수의 웨이브 넘버(wave number)를 의미한다. 또한 Φ는 FMCW 시스템의 전체 위상을 의미한다.K u denotes a wave number of a Doppler frequency generated according to an antenna position change. Also,? Refers to the overall phase of the FMCW system.

Figure 112017102729722-pat00008
Figure 112017102729722-pat00008

수학식 7은 도플러(ku) 영역으로의 퓨리에 변환 과정을 나타낸 것으로 변수 치환(u' = u - vrt) 과정과 정지 위상 근사 기법(stationary phase approximation)을 적용한 과정을 나타낸 것이며, 수학식 8의 관계식을 이용해 수학식 7의 결과식을 다음 수학식 9와 같이 얻을 수 있다.Equation (7) shows a Fourier transform process to the Doppler (k u ) region, which is a process of applying a variable permutation (u '= u - v r t) and a stationary phase approximation, 8, the resultant expression of the expression (7) can be obtained as the following expression (9).

Figure 112017102729722-pat00009
Figure 112017102729722-pat00009

위의 최종식은 연속 이동 효과 적용 신호 모델로서, 항공기 이동 속도에 따른 위상 변화 부분(수학식 9의 우변 첫번째 항)과 도플러 영역의 목표물 위상 함수로 구분된다.The final equation above is the continuous motion effect applied signal model, which is divided into the phase change part according to the aircraft moving speed (the first term on the right side of Equation 9) and the target phase function of the Doppler domain.

(3) 시간-도플러(t, ku) 영역 신호 처리 기법(3) Time-Doppler (t, k u ) region signal processing technique

수학식 9에서 항공기 이동 속도에 따른 연속 이동 효과를 나타내는 위상 성분은 exp{-jku(vrt)}이며, 이를 제거하기 위한 과정은 수학식 10과 같이 수신 신호를 시간-도플러 영역으로 변환하고, 연속 이동 효과 위상 성분의 켤레 복소수를 곱하는 과정이 된다.In Equation (9), the phase component representing the continuous movement effect according to the moving speed of the aircraft is exp {-jk u (v r t)}, and the process for eliminating the phase component is transforming the received signal into a time-Doppler region And multiplying the complex conjugate of the phase component of the continuous motion effect.

Figure 112017102729722-pat00010
Figure 112017102729722-pat00010

Figure 112017102729722-pat00011
Figure 112017102729722-pat00011

SAR 영상 복원을 위한 back-projection 알고리즘의 입력 신호로써 거리 압축 신호 영역으로 변환하는 과정은 수학식 11과 같다. 이때 ω = 2πf이며, 거리 정보를 나타내기 위한 주파수 영역의 신호를 나타낸다.The process of converting the input signal of the back-projection algorithm for SAR image restoration into the distance compressed signal area is as shown in Equation (11). At this time, ω = 2πf, which represents a frequency-domain signal for indicating distance information.

2. 연속 이동 효과 모의 실험2. Simulation of continuous movement effect

항공기 기반 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 특징을 분석하고, 이를 보정하기 위해 앞서 설명한 FMCW 신호 모델과 시간-도플러 s(t, ku) 영역 신호 처리 기법을 적용한 모의 실험을 수행하였다. 영상 복원을 위해 back-projection 알고리즘을 이용하였으며, 복원 영상 내 연속 이동 효과를 효과적으로 표현하기 위해 실제보다 넓은 안테나 방사 패턴을 갖도록 설정하였다(도 2 참조). 도 2는 모의 실험을 위한 FMCW-SAR 시스템 설정에 대한 테이블도이다.In order to analyze the characteristics of the continuous movement effect of the aircraft based FMCW-SAR system and to correct it, a simulation using the FMCW signal model and the time-Doppler s (t, k u ) region signal processing technique was performed. A back-projection algorithm was used to reconstruct the image, and it was set to have a wider antenna radiation pattern to effectively represent the continuous movement effect in the reconstructed image (see FIG. 2). FIG. 2 is a table diagram of FMCW-SAR system configuration for simulation.

(1) 연속 이동 효과 적용 거리 압축 신호(1) continuous moving effect applied distance compressed signal

FMCW-SAR 시스템에서 발생되는 연속 이동 효과는 목표물과 안테나 간의 거리 변화를 나타낸 수학식 5로부터 그 특성을 확인할 수 있다.The continuous movement effect generated in the FMCW-SAR system can be confirmed from Equation (5) showing the distance change between the target and the antenna.

도 3은 연속 이동 효과에 의한 목표물 시간 지연(τ) 특성을 설명하기 위한 참고도이다. 도 3의 (a)는 목표물 시간 지연 특성의 전체도이며, 도 3의 (b)는 목표물 시간 지연 특성의 부분 확대도이다.3 is a reference diagram for explaining the characteristic of the target time delay (tau) by the continuous movement effect. Fig. 3 (a) is a general view of the target time delay characteristic, and Fig. 3 (b) is a partial enlarged view of the target time delay characteristic.

도 3은 목표물 지연 시간(τ(t, u) = 2/c × R(t, u)) 특성을 시간에 따른 안테나 위치 변화를 모두 고려해 작성된 것으로 1ms의 샘플링 주기 내 위치 변화를 모두 계산한 것으로 각 샘플링 시간과 그에 따른 안테나의 연속적인 위치 변화(1024개)를 모두 그린 것으로 방위각 방향으로 중심점이 이동하는 것을 확인할 수 있다.Fig. 3 is a graph showing the change in the position of the antenna according to time (τ (t, u) = 2 / c × R (t, u) It can be confirmed that the center point moves in the azimuth direction by drawing the sampling time and the continuous position change (1024) of the antenna according to each sampling time.

도 4는 연속 이동 효과가 적용된 거리 압축 신호 s(w, u)를 설명하기 위한 참고도이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 앞선 측정 시간과 안테나 위치의 함수로 모델링된 목표물 지연 시간을 이용해 생성된 레이더 원시 신호의 거리 압축 신호 s(w, u)를 모의 실험한 것으로 연속 이동 효과 유무를 비교한 결과이다.4 is a reference diagram for explaining the distance compression signal s (w, u) to which the continuous moving effect is applied. 4 (a) and 4 (b) simulate the distance compressed signal s (w, u) of the radar source signal generated using the target delay time modeled as a function of the preceding measurement time and antenna position, .

(2) 연속 이동 효과(continuous motion effect) 보정 신호 처리(2) continuous motion effect correction signal processing

수학식 3 내지 5를 이용한 모의 실험을 통해 목표물 궤적이 방위각 방향으로 이동하는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과를 확인하였다. 이와 같은 연속 이동 효과가 복원된 SAR 영상에 미치는 영향을 분석하기 위해서 back-projection 알고리즘을 이용해 레이더 원시 신호를 SAR 영상으로 복원하였다.Simulation using equations (3) to (5) confirmed the continuous movement effect of the FMCW-SAR system in which the target trajectory moves in the azimuthal direction. In order to analyze the effect of the continuous motion on the reconstructed SAR image, we used the back-projection algorithm to reconstruct the radar source signal into a SAR image.

도 5는 연속 이동 효과 보정 신호 처리 과정을 설명하기 위한 참고도이다. 도 5의 (a)는 기준 SAR 영상을 도시한 것이며, 도 5의 (b)는 연속 이동 효과 적용 SAR 영상을 도시한 것이다. 그리고 도 5의 (c)는 시간-도플러 영역 신호 처리 SAR 영상을 도시한 것이다.5 is a reference diagram for explaining a process of processing a continuous movement effect correction signal. 5 (a) shows a reference SAR image, and FIG. 5 (b) shows a continuous moving image SAR image. And FIG. 5 (c) shows a time-Doppler domain signal processing SAR image.

도 5는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과를 보정하기 위한 신호 처리 과정을 비교 설명한 것으로 start-stop 근사 기법(연속 이동 효과 미적용)으로 생성된 레이더 원시 신호를 복원한 기준 SAR 영상(도 5의 (a) 참조), 연속 이동 효과를 적용한 레이더 원시 신호를 복원한 SAR 영상(도 5의 (b) 참조), 및 연속 이동 효과 보정을 위한 시간-도플러 s(t, ku) 영역 신호 처리 기법이 적용된 SAR 영상(도 5의 (c) 참조)을 각각 도 5의 (a) 내지 (c)에서 나타낸다.FIG. 5 illustrates a signal processing procedure for correcting the continuous movement effect of the FMCW-SAR system. The reference SAR image is obtained by restoring the radar source signal generated by the start-stop approximation technique a) reference), SAR images (restoring the radar raw signal applied to the continuous movement effects, see (b) of FIG. 5), and the continuous time for the movement effect correction-Doppler s (t, k u) domain signal processing techniques The applied SAR image (see FIG. 5C) is shown in FIGS. 5A to 5C, respectively.

이때 목표물의 분산 전력 특성 변화를 정밀하게 나타내기 위해 모의 실험 설정 해상도 30cm보다 세밀한 해상도로 복원된 영상을 목표물 중심점을 기준으로 확대하였다.At this time, the image reconstructed with finer resolution than the simulation setting resolution of 30 cm was enlarged based on the target center point to accurately show the dispersion characteristics of the target.

연속 이동 효과를 적용한 레이더 원시 신호(도 5의 (b)에 도시된 신호)를 이용한 복원 영상은 기준 영상 대비 목표물의 분산 전력 패턴이 거리 방향으로 퍼지는 특성을 보이며, 방위각 방향으로는 항공기 이동 속도에 비례한 왜곡된 위상 성분으로 목표물 분산 전력 패턴이 왜곡되는 특성을 나타낸다.The reconstructed image using the radar source signal (signal shown in (b) of FIG. 5) to which the continuous movement effect is applied exhibits a characteristic in which the dispersion power pattern of the target relative to the reference image spreads in the direction of the distance, Shows a characteristic in which the target distributed power pattern is distorted with a proportional distorted phase component.

항공기 이동 속도와 샘플링 시간에 비례하는 연속 이동 효과의 위상 변화 성분을 제거하기 위해서 앞서 설명한 수학식 10 및 11의 시간-도플러 영역 신호 처리 기법을 back projection 알고리즘 입력 신호에 적용하여 도 5의 (c)와 같은 연속 이동 효과 보정 결과를 얻었다. 시간-도플러 영역 신호 처리 기법을 이용한 연속 이동 효과 보정 결과는 도 5 (c)의 좌우 패턴과 같이 거리 방향의 목표물 분산 전력 패턴이 기준 영상의 패턴 특성과 매우 유사하게 보정됨을 확인할 수 있다.In order to remove the phase change component of the continuous movement effect proportional to the aircraft moving speed and the sampling time, the time-Doppler domain signal processing technique of Equations 10 and 11 described above is applied to the back projection algorithm input signal, The results of continuous motion correction such as. The result of the continuous motion correction using the time-Doppler domain signal processing scheme can be confirmed that the target distributed power pattern in the distance direction is very similar to the pattern characteristic of the reference image as shown in the left and right patterns of FIG. 5 (c).

한편 본 발명에서는 목표물의 중심점 부분의 영상 복원 개선 효과를 더욱 높이기 위하여 추가적으로 영상 복원을 위해 사용된 back-projection 알고리즘에 수정된 정합 필터를 적용하는 것도 가능하다.In the present invention, it is also possible to apply a modified matched filter to the back-projection algorithm used for image restoration in order to further enhance the image restoration improvement effect of the central point portion of the target.

(3) 수정된 정합 필터(Matched-Filter)를 이용한 BPA 복원 영상(3) BPA restoration image using modified matched-filter

수학식 12는 기존 back-projection 알고리즘의 정합 필터 과정을 나타낸 것으로 복원 영상의 목표물 지연 시간(td)은 안테나 위치(u)와 복원 영상 내 목표물 즉 각 픽셀과의 거리를 이용해 계산될 수 있으며, u는 M개의 정지된 안테나 위치로 처리된다.Equation (12) shows the matched filter process of the existing back-projection algorithm. The target delay time t d of the reconstructed image can be calculated using the distance between the antenna position u and the target in the reconstructed image, that is, each pixel, u is treated as M stationary antenna positions.

Figure 112017102729722-pat00012
Figure 112017102729722-pat00012

반면, 연속 이동 효과 보정을 위해 수정된 정합 필터 과정은 수학식 13과 같이 시간(t)에 따른 변화를 추가한 목표물 지연 시간 특성 함수로 변형될 수 있으며, 이는 기존의 back-projection 알고리즘의 안테나 위치 입력 정보(um)를 시간 샘플(tn) 개수(N)만큼 세분화하고, 추가된 안테나 위치 정보만큼 목표물의 분산 전력이 누적되는 효과가 있다.On the other hand, the modified matched filter process for correcting the continuous motion effect can be transformed into a target delay time characteristic function with a change according to time t as shown in Equation (13) The input information u m is subdivided by the number N of time samples t n and the distributed power of the target is accumulated by the added antenna position information.

Figure 112017102729722-pat00013
Figure 112017102729722-pat00013

수학식 13의 수정된 정합 필터 과정은 시간 샘플 개수 N에 비례한 안테나 세부 위치를 이용한 영상 복원 과정으로 기존 back-projection 알고리즘의 연산량을 N배만큼 증가시키는 단점이 있으나, 이는 일정 비율로 시간 샘플 개수를 낮춰 계산함으로써 보정 정확도 유지와 계산 효율 저하를 보완할 수 있다.The modified matched filter process of Equation (13) has a disadvantage in that the computation amount of the existing back-projection algorithm is increased by N times in the image restoration process using the antenna detail position proportional to the number of time samples N. However, The correction accuracy can be maintained and the calculation efficiency can be compensated for.

다시 말해, 연속 이동 효과 보정을 위해 수정된 정합 필터는 기존 안테나 위치 입력 정보(um)에 항공기 이동 속도와 시간 변화를 고려한 세부 위치 입력 정보(vr tn)를 더한 것으로 기존 back-projection 알고리즘을 이용한 영상 복원 과정에 약 5 ~ 10배(ex. N/10 ~ N/100 비율 모의 실험 적용) 증가된 입력 정보를 추가해 개선된 목표물 분산 전력 특성을 얻을 수 있다.In other words, the modified matched filter for the correction of the continuous motion effect is obtained by adding the detailed position input information (v r t n ) considering the aircraft moving speed and time change to the existing antenna position input information (u m ) It is possible to obtain improved target dispersion power characteristics by adding input information about 5 ~ 10 times (ex. N / 10 ~ N / 100 ratio simulation)

도 6은 수정된 정합 필터 적용 SAR 영상(reconstructed SAR images applied a process of the continuous motion correction) 복원을 설명하기 위한 참고도이다.FIG. 6 is a reference diagram for explaining reconstruction of a reconstructed SAR images applied to the continuous motion correction. FIG.

도 6의 (a)는 시간-도플러 s(t, ku) 영역에서 연속 이동 효과 위상 성분을 보정한 레이더 거리 압축 신호를 입력으로 한 back-projection 알고리즘의 영상 복원 결과이다. 도 6의 (a)에 따르면, 수정된 정합 필터 적용으로 목표물의 분산 전력 특성은 중심점에 더욱 집중된 결과를 확인할 수 있다.6 (a) is a result of image restoration of a back-projection algorithm in which the radar distance compression signal corrected for the continuous motion effect phase component in the time-Doppler s (t, k u ) region is input. According to Fig. 6 (a), it is possible to confirm the result that the distributed power characteristic of the target is more concentrated at the center point by using the modified matched filter.

도 6의 (b) 및 (c)는 수정된 정합 필터 적용 SAR 영상을 거리 방향(range direction, 도 6의 (b) 참조)과 방위각 방향(azimuth direction, 도 6의 (c) 참조)으로 각각 추출하여 기준 SAR 영상과 연속 이동 효과(CME) 보정 전후의 결과로 비교한 것이다. 그 결과 시간-도플러 영역에서의 위상 변화 보정 기법(CMC)과 수정된 정합 필터(MF)를 적용한 경우, 거리/방위각 방향 해상도 각각 보정 전 37.2cm / 6.5cm, 보정 후 30.1cm / 8.9cm로 분석되었으며, 거리 방향 해상도 개선과 목표물 중심점 부근의 분산 전력 특성 개선 효과가 있음을 확인하였다.6 (b) and 6 (c) illustrate the modified SAR image using the matched filter in a range direction (see FIG. 6 (b)) and an azimuth direction (see FIG. 6 And compared with the reference SAR image before and after the continuous motion effect (CME) correction. As a result, when applying the phase change correction method (CMC) and the modified matched filter (MF) in the time-Doppler domain, the distance / azimuth direction resolution was 37.2 cm / 6.5 cm before correction and 30.1 cm / 8.9 cm after correction And it is confirmed that the improvement of the resolution in the direction of the distance and the improvement of the dispersion power characteristic near the center point of the target are obtained.

3. 실험 결과3. Experimental Results

FMCW-SAR 시스템 연속 이동 효과 보정 기법 성능을 비교/검증하기 위해 항공기 기반 FMCW-SAR 시스템을 이용한 현장 관측 자료를 활용하였다. 본 실험에 적용된 FMCW-SAR 시스템은 저고도/근거리 비행 실험에 최적화된 시스템으로 운용 효율을 높이기 위해 delayed-de-chirp 방식으로 운용된다. 이는 도 7에 도시된 바와 같이 상대적으로 낮은 샘플링 주파수(fs = 1.2MHz)와 적은 샘플 개수(1024 points)를 보다 효율적으로 사용하기 위한 방식으로 약 480m의 상쇄 거리(range offset)를 포함하여 운용되었다. 도 7은 항공기 기반 FMCW-SAR 시스템 제원을 설명하기 위한 테이블도이다.FMCW-SAR system continuous moving effect correction method In order to compare / verify the performance, on-site observation data using the aircraft based FMCW-SAR system were utilized. The FMCW-SAR system applied to this experiment is optimized for low-altitude / near-field flight experiments and operates in a delayed-de-chirp mode to improve operation efficiency. This includes a range offset of about 480 m in a manner to more efficiently use a relatively low sampling frequency (f s = 1.2 MHz) and a small number of samples (1024 points) as shown in Fig. 7 . 7 is a table diagram illustrating an aircraft-based FMCW-SAR system specification.

연속 이동 효과 보정 기법 검증을 위해 사용된 관측 자료는 매립지 주변에서 측정된 것으로 넓은 평지로 이루어진 지형에 시험용 목표물(삼각 수동 전파 반사기, 크기 50cm)을 설치하고, 그 특성을 복원 영상으로부터 분석하였다.Observation data used for verification of continuous moving effect correction technique were measured in the vicinity of the landfill, and a test target (triangular passive reflector, size 50 cm) was installed on a wide flat ground and its characteristics were analyzed from the reconstructed image.

도 8은 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 성능을 비교 분석한 결과를 보여주는 도면이다. 도 8의 (a)는 시험 지역 SAR 복원 영상을 도시한 것이며, 도 8의 (b)는 시험용 목표물 설치 지역에 대한 보정전 확대 영상을 도시한 것이고, 도 8의 (c)는 시험용 목표물 설치 지역에 대한 보정후 확대 영상을 도시한 것이다.FIG. 8 is a graph showing a result of comparative analysis of the continuous moving effect correction performance of the FMCW-SAR system. 8 (a) shows the SAR reconstruction image of the test area, FIG. 8 (b) shows the enlarged image before the calibration for the test target installation area, and FIG. 8 (c) The enlarged image after correction is shown.

시험용 목표물을 이용한 보정 성능 분석 결과는 도 9와 같으며, 복원 영상 내 시험용 목표물의 분산 전력 특성은 도 10과 같이 거리 방향 성분의 개선 효과를 확인할 수 있었다. 이때 이론적인 경사 거리(slant-range) 해상도는 약 31cm로 목표물 전파 입사각을 고려할 때 지면 거리 해상도는 약 44cm 정도가 되며, 윈도우 함수를 적용한 일반적인 PSLR(Peak-Sidelobe Ratio) 성능 -20dB보다 낮은 결과를 확인하였다.The results of the correction performance analysis using the test target are shown in FIG. 9, and the dispersion power characteristics of the test target in the restored image can be confirmed as shown in FIG. In this case, the theoretical slant-range resolution is about 31 cm, and the ground distance resolution is about 44 cm when the target propagation angle is considered. The result is lower than -20 dB of the general PSLR (Peak-Sidelobe Ratio) Respectively.

4. 결론4. Conclusion

본 발명에서는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과를 보정하기 위해 시간-도플러s(t, ku) 영역 신호 처리 기법과 SAR 영상 복원을 위한 back-projection 알고리즘의 수정된 정합 필터 기법을 제안하였으며, 연속 이동 효과 보정 검증을 위해 FMCW 신호 모델을 이용한 모의 실험을 수행하였다. 또한 제안된 연속 이동 효과 보정 기법의 성능 검증을 위해 실제 항공기 기반 FMCW-SAR 원시 자료를 이용하였으며, 분석 결과 거리 방향 해상도 개선(측정값 51cm, 이론값 44cm)과 PSLR 2 ~ 3dB 개선 효과를 확인하였다.In the present invention, a modified matched filter technique of the time-Doppler s (t, k u ) region signal processing technique and a back-projection algorithm for SAR image reconstruction is proposed to correct the continuous movement effect of the FMCW- Simulation using the FMCW signal model was performed to verify the motion effect correction. In addition, we used actual aircraft based FMCW-SAR primitive data to verify the performance of the proposed continuous motion compensation technique. The analysis result showed that the distance resolution improvement (measured value: 51cm, theoretical value: 44cm) and PSLR improvement of 2 ~ 3dB .

FMCW 레이더는 고도계(altimeter), 산란계(scatterometer) 등과 같은 RAR(Real Aperture Radar) 시스템으로의 응용이 활발히 이용되고 있으며, 거리 측정 및 후방 산란 계수(backscattering coefficients) 측정 등에 활용이 가능하다. 특히, 마이크로파 원격 탐사 분야의 레이더 합성 영상 생성을 목적으로 한 SAR 시스템으로의 응용 또한 활발히 진행 중이며, 본 발명은 항공기 기반 FMCW-SAR 영상 레이더 분야의 고품질 영상 합성 기술이 될 것으로 기대한다.FMCW radar is used in RAR (Real Aperture Radar) system such as altimeter, scatterometer and so on. It can be used for distance measurement and backscattering coefficient measurement. Especially, application to SAR system for generating radar composite image in the field of microwave remote sensing is also actively underway, and the present invention is expected to be a high-quality image synthesis technology in the field of aircraft-based FMCW-SAR image radar.

이상 설명한 본 발명은 SAR 영상 신호 처리 분야에 적용될 수 있다. 일례로 본 발명은 해상에서의 SAR(maritime SAR) 영상 신호 처리 분야에 적용될 수 있다.The present invention described above can be applied to the SAR image signal processing field. For example, the present invention can be applied to the maritime SAR (SAR) image signal processing field in the sea.

이상 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention has been described with reference to Figs. Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, preferred forms of the present invention that can be inferred from the above embodiment will be described.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FMCW-SAR 시스템에 구비되는 연속 이동 효과 보정 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.FIG. 11 is a conceptual diagram schematically illustrating an internal structure of a continuous movement effect correction apparatus provided in an FMCW-SAR system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 11에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 안테나 위치 변화량 산출부(110), 안테나 위치 변화량 반영부(120), 수신 신호 변환부(130), 안테나 위치 변화량 제거부(140), 제1 전원부(150) 및 제1 주제어부(160)를 포함한다.11, an apparatus 100 for correcting a continuous movement effect of a frequency modulated continuous wave (FMCW) -SAR (Synthetic Aperture Radar) system according to a preferred embodiment of the present invention includes an antenna position change amount calculation unit 110, A reception signal converting unit 130, an antenna position change amount removing unit 140, a first power source unit 150, and a first main control unit 160. [

제1 전원부(150)는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치(100)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.The first power supply unit 150 performs a function of supplying power to each configuration of the continuous movement effect correction apparatus 100 of the FMCW-SAR system.

제1 주제어부(160)는 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치(100)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.The first main control unit 160 performs a function of controlling the overall operation of each configuration of the continuous movement effect correction apparatus 100 of the FMCW-SAR system.

안테나 위치 변화량 산출부(110)는 FMCW-SAR 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 기능을 수행한다.The antenna position change amount calculation unit 110 calculates a position change amount of a radar antenna provided in the FMCW-SAR system while acquiring a reception signal reflected from a target in the FMCW-SAR system.

안테나 위치 변화량 산출부(110)는 FMCW-SAR 시스템을 구비하는 운동체의 이동 속도, 목표물로 송신 신호를 출력한 후 수신 신호를 획득하는 데에 걸리는 데이터 수집 시간 등을 기초로 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출할 수 있다.The antenna position change amount calculation unit 110 calculates the position change amount of the radar antenna based on the moving speed of the moving body equipped with the FMCW-SAR system, the data collection time required to obtain the reception signal after outputting the transmission signal as the target, Can be calculated.

안테나 위치 변화량 반영부(120)는 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 기능을 수행한다.The antenna position change amount reflection unit 120 reflects the position change amount of the radar antenna in the time domain signal related to the received signal.

수신 신호 변환부(130)는 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 기능을 수행한다.The reception signal conversion unit 130 performs a function of converting a signal in the time domain in which the amount of change in the position of the radar antenna is reflected to a signal in the frequency domain.

수신 신호 변환부(130)는 퓨리에 변환을 이용하여 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환할 수 있다. 수신 신호 변환부(130)는 퓨리에 변환을 이용할 때 제2 거리 함수와 정지 위상 근사 기법(stationary phase approximation)을 적용하여 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환할 수 있다. 상기에서 제2 거리 함수는 제1 거리 함수에 제1 값과 제2 값 사이의 차이값을 반영하여 얻은 것을 의미한다. 제1 거리 함수는 목표물과 레이더 안테나 사이의 거리와 관련된 함수를 의미하며, 제1 값은 운동체의 이동 속도와 데이터 수집 시간의 곱셈값을 의미하고, 제2 값은 목표물과 레이더 안테나 사이의 거리값을 의미한다.The reception signal converting unit 130 may convert a time domain signal into a frequency domain signal using a Fourier transform. The reception signal converting unit 130 may convert a time domain signal into a frequency domain signal by applying a second distance function and a stationary phase approximation when using Fourier transform. The second distance function is obtained by reflecting the difference value between the first value and the second value in the first distance function. The first distance function means a function related to the distance between the target and the radar antenna. The first value means a multiplication value of the movement speed of the moving body and the data acquisition time. The second value means a distance value between the target and the radar antenna .

안테나 위치 변화량 제거부(140)는 주파수 영역의 신호로부터 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 수신 신호를 전처리하는 기능을 수행한다.The antenna position change amount removing unit 140 performs a function of removing the positional change amount of the radar antenna from the frequency domain signal and pre-processing the received signal.

안테나 위치 변화량 제거부(140)는 주파수 영역의 신호에서 레이더 안테나의 위치 변화량과 관련된 위상 성분에 이 위상 성분의 켤레복소수를 곱하여 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거할 수 있다.The antenna position change amount removing unit 140 may remove the position change amount of the radar antenna by multiplying the phase component related to the position change amount of the radar antenna with the complex conjugate of the phase component in the frequency domain signal.

FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 백 프로젝션 알고리즘 수행부(170)를 더 포함할 수 있다.The continuous movement effect correcting apparatus 100 of the FMCW-SAR system may further include a back projection algorithm executing unit 170. [

백 프로젝션 알고리즘 수행부(170)는 수신 신호의 지연 시간과 관련된 정합 필터(matched filter)를 이용하는 백 프로젝션 알고리즘(back projection algorithm)을 기초로 레이더 안테나의 위치 변화량이 제거된 수신 신호를 후처리하는 기능을 수행한다.The back projection algorithm executing unit 170 performs a post-processing of a received signal from which the positional variation of the radar antenna is removed based on a back projection algorithm using a matched filter related to the delay time of the received signal .

백 프로젝션 알고리즘 수행부(170)는 FMCW-SAR 시스템을 구비하는 운동체의 이동 속도, 시간 샘플의 개수 및 각 시간 샘플과 관련된 레이더 안테나의 위치를 기초로 정합 필터를 수정하여 이용할 수 있다.The back projection algorithm executing unit 170 may modify the matched filter based on the moving speed of the moving body including the FMCW-SAR system, the number of time samples, and the position of the radar antenna associated with each time sample.

다음으로 FMCW-SAR 시스템의 연속 이동 효과 보정 장치(100)의 작동 방법에 대하여 설명한다.Next, an operation method of the continuous movement effect correcting apparatus 100 of the FMCW-SAR system will be described.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연속 이동 효과 보정 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 11 및 도 12를 참조한다.12 is a flowchart schematically showing a continuous moving effect correction method according to a preferred embodiment of the present invention. The following description refers to Fig. 11 and Fig.

먼저 안테나 위치 변화량 산출부(110)는 FMCW-SAR 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출한다(S210).First, the antenna position change amount calculation unit 110 calculates a position change amount of the radar antenna provided in the FMCW-SAR system while acquiring the reception signal reflected from the target in the FMCW-SAR system (S210).

이후 안테나 위치 변화량 반영부(120)는 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영한다(S220).Thereafter, the antenna position change amount reflection unit 120 reflects the position change amount of the radar antenna in the time domain signal related to the received signal (S220).

이후 수신 신호 변환부(130)는 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다(S230).Thereafter, the reception signal converting unit 130 converts the time domain signal reflecting the position change amount of the radar antenna into the frequency domain signal (S230).

이후 안테나 위치 변화량 제거부(140)는 주파수 영역의 신호로부터 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 수신 신호를 전처리한다(S240).Then, the antenna position change amount removing unit 140 removes the positional change amount of the radar antenna from the frequency domain signal and preprocesses the received signal (S240).

한편 백 프로젝션 알고리즘 수행부(170)는 수신 신호의 지연 시간과 관련된 정합 필터를 이용하는 백 프로젝션 알고리즘을 기초로 레이더 안테나의 위치 변화량이 제거된 수신 신호를 후처리할 수 있다. 이 단계는 S240 단계 이후에 수행될 수 있다.On the other hand, the back projection algorithm executing unit 170 can post-process the received signal from which the positional change amount of the radar antenna is removed based on the back projection algorithm using the matched filter related to the delay time of the received signal. This step may be performed after step S240.

다음으로 FMCW-SAR 시스템에 대하여 설명한다.Next, the FMCW-SAR system will be described.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FMCW-SAR 시스템의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.FIG. 13 is a conceptual diagram schematically showing an internal configuration of an FMCW-SAR system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 13에 따르면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 FMCW-SAR 시스템(300)은 연속 이동 효과 보정 장치(100), SAR 영상 복원부(310) 및 제2 주제어부(320)를 포함한다.Referring to FIG. 13, an FMCW-SAR system 300 according to a preferred embodiment of the present invention includes a continuous movement effect correction apparatus 100, an SAR image restoration unit 310, and a second main control unit 320.

제2 주제어부(320)는 FMCW-SAR 시스템(300)을 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.The second main control unit 320 functions to control the overall operation of each configuration of the FMCW-SAR system 300.

연속 이동 효과 보정 장치(100)에 대해서는 전술하였는 바, 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.The continuous movement effect correction apparatus 100 has been described above, and a detailed description thereof will be omitted here.

SAR 영상 복원부(310)는 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원하는 기능을 수행한다.The SAR image reconstructing unit 310 performs a function of reconstructing an SAR image based on a received signal from which the position change component of the radar antenna is removed.

다음으로 FMCW-SAR 시스템(300)의 작동 방법에 대하여 설명한다.Next, an operation method of the FMCW-SAR system 300 will be described.

먼저 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 FMCW-SAR 시스템(300)에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 FMCW-SAR 시스템(300)에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출한다(STEP A).First, the continuous movement effect correction apparatus 100 calculates a position change amount of the radar antenna provided in the FMCW-SAR system 300 while acquiring the reception signal reflected from the target in the FMCW-SAR system 300 (STEP A) .

이후 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영한다(STEP B).Thereafter, the continuous movement effect correction apparatus 100 reflects the positional change amount of the radar antenna in the time domain signal related to the received signal (STEP B).

이후 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환한다(STEP C).Then, the continuous movement effect correcting apparatus 100 converts the signal in the time domain reflecting the position change amount of the radar antenna into the signal in the frequency domain (STEP C).

이후 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 주파수 영역의 신호로부터 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 수신 신호를 전처리한다(STEP D).Then, the continuous movement effect correction apparatus 100 removes the positional variation of the radar antenna from the frequency domain signal and preprocesses the received signal (STEP D).

이후 SAR 영상 복원부(310)는 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원한다(STEP E).Thereafter, the SAR image restoring unit 310 restores the SAR image based on the received signal from which the position change component of the radar antenna is removed (STEP E).

한편 연속 이동 효과 보정 장치(100)는 수신 신호의 지연 시간과 관련된 정합 필터를 이용하는 백 프로젝션 알고리즘을 기초로 레이더 안테나의 위치 변화량이 제거된 수신 신호를 후처리할 수 있다. 이 단계는 STEP D와 STEP E 사이에 수행될 수 있다.On the other hand, the continuous movement effect correcting apparatus 100 can post-process the received signal from which the positional change amount of the radar antenna is removed based on the back projection algorithm using the matched filter related to the delay time of the received signal. This step can be performed between STEP D and STEP E.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all elements constituting the embodiment of the present invention described above are described as being combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer to implement an embodiment of the present invention. As the recording medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, or the like can be included.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Furthermore, all terms including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined in the Detailed Description. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, changes, and substitutions are possible, without departing from the essential characteristics and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and the accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (12)

FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 상기 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 안테나 위치 변화량 산출부;
상기 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 안테나 위치 변화량 반영부;
상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 수신 신호 변환부;
상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하되, 상기 주파수 영역의 신호에서 상기 레이더 안테나의 위치 변화량과 관련된 위상 성분에 상기 위상 성분의 켤레복소수를 곱하여 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하는 안테나 위치 변화량 제거부; 및
상기 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 상기 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원하는 SAR 영상 복원부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템.
An antenna position change amount calculating unit for calculating a position change amount of a radar antenna provided in the FMCW-SAR system while acquiring a reception signal reflected from a target in a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) -SAR (Synthetic Aperture Radar) system;
An antenna position change amount reflector for reflecting a position change amount of the radar antenna in a time domain signal related to the received signal;
A reception signal converting unit for converting the time domain signal into a frequency domain signal, the time domain signal reflecting the positional change amount of the radar antenna;
Domain signal by multiplying the phase component related to the amount of change in the position of the radar antenna by the complex conjugate of the phase component in the signal in the frequency domain to remove the positional variation of the radar antenna from the signal in the frequency domain, An antenna position change amount removing unit that removes a position change amount of the antenna; And
An SAR image restoring unit for restoring an SAR image based on the received signal from which the position change component of the radar antenna is removed,
And the FMCW-SAR system using the continuous motion effect correction technique.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나 위치 변화량 산출부는 상기 FMCW-SAR 시스템을 구비하는 운동체의 이동 속도 및 상기 목표물로 송신 신호를 출력한 후 상기 수신 신호를 획득하는 데에 걸리는 데이터 수집 시간을 기초로 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템.
The method according to claim 1,
The antenna position change amount calculation unit calculates a position change amount of the radar antenna based on the moving speed of the moving body including the FMCW-SAR system and the data collection time required to obtain the received signal after outputting the transmission signal to the target FMCW-SAR system using continuous motion effect correction technique.
제 2 항에 있어서,
상기 수신 신호 변환부는 퓨리에 변환을 이용하여 상기 시간 영역의 신호를 상기 주파수 영역의 신호로 변환하며, 상기 퓨리에 변환을 이용할 때 상기 목표물과 상기 레이더 안테나 사이의 거리와 관련된 제1 거리 함수에 상기 운동체의 이동 속도와 상기 데이터 수집 시간의 곱셈값 및 상기 목표물과 상기 레이더 안테나 사이의 거리값 사이의 차이값을 반영하여 얻은 제2 거리 함수, 및 정지 위상 근사 기법(stationary phase approximation)을 적용하여 상기 시간 영역의 신호를 상기 주파수 영역의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the reception signal converting unit converts the time domain signal into the frequency domain signal using a Fourier transform and a first distance function related to the distance between the target and the radar antenna when using the Fourier transform, A second distance function reflecting a difference value between a moving speed and a data acquisition time, and a distance value between the target and the radar antenna, and a stationary phase approximation, And a signal of the frequency domain is converted into a signal of the frequency domain.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 수신 신호의 지연 시간과 관련된 정합 필터(matched filter)를 이용하는 백 프로젝션 알고리즘(back projection algorithm)을 기초로 상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 제거된 상기 수신 신호를 후처리하는 백 프로젝션 알고리즘 수행부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템.
The method according to claim 1,
A back projection algorithm executing unit for post-processing the received signal from which a positional change amount of the radar antenna is removed based on a back projection algorithm using a matched filter related to a delay time of the received signal;
Wherein the FMCW-SAR system uses the continuous motion effect correction technique.
제 5 항에 있어서,
상기 백 프로젝션 알고리즘 수행부는 상기 FMCW-SAR 시스템을 구비하는 운동체의 이동 속도, 시간 샘플의 개수 및 각 시간 샘플과 관련된 상기 레이더 안테나의 위치를 기초로 상기 정합 필터를 수정하여 이용하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템.
6. The method of claim 5,
Wherein the back projection algorithm performing unit modifies and uses the matched filter based on the moving speed of the moving body including the FMCW-SAR system, the number of time samples, and the position of the radar antenna associated with each time sample. FMCW-SAR system using effect correction techniques.
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)-SAR(Synthetic Aperture Radar) 시스템에서 목표물로부터 반사된 수신 신호를 획득하는 동안 상기 FMCW-SAR 시스템에 구비된 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 단계;
상기 수신 신호와 관련된 시간 영역의 신호에 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 반영하는 단계;
상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 반영된 상기 시간 영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변환하는 단계;
상기 주파수 영역의 신호로부터 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하되, 상기 주파수 영역의 신호에서 상기 레이더 안테나의 위치 변화량과 관련된 위상 성분에 상기 위상 성분의 켤레복소수를 곱하여 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 제거하여 상기 수신 신호를 전처리하는 단계; 및
상기 레이더 안테나의 위치 변화 성분이 제거된 상기 수신 신호를 기초로 SAR 영상을 복원하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템의 SAR 영상 복원 방법.
Calculating a position change amount of a radar antenna provided in the FMCW-SAR system while acquiring a reception signal reflected from a target in a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) -SAR (Synthetic Aperture Radar) system;
Reflecting a position change amount of the radar antenna in a time domain signal related to the received signal;
Converting the signal in the time domain into a signal in the frequency domain, the signal indicating the change in position of the radar antenna;
Domain signal by multiplying the phase component related to the amount of change in the position of the radar antenna by the complex conjugate of the phase component in the signal in the frequency domain to remove the positional variation of the radar antenna from the signal in the frequency domain, Removing the positional change amount of the received signal and preprocessing the received signal; And
And restoring an SAR image based on the received signal from which the positional change component of the radar antenna is removed
Wherein the SAR image is reconstructed by using the continuous motion effect correction technique.
제 7 항에 있어서,
상기 산출하는 단계는 상기 FMCW-SAR 시스템을 구비하는 운동체의 이동 속도 및 상기 목표물로 송신 신호를 출력한 후 상기 수신 신호를 획득하는 데에 걸리는 데이터 수집 시간을 기초로 상기 레이더 안테나의 위치 변화량을 산출하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템의 SAR 영상 복원 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the calculating step calculates a position change amount of the radar antenna based on a moving speed of the moving body including the FMCW-SAR system and a data acquisition time required to acquire the reception signal after outputting the transmission signal to the target A SAR image reconstruction method using the continuous motion effect correction technique.
제 8 항에 있어서,
상기 변환하는 단계는 퓨리에 변환을 이용하여 상기 시간 영역의 신호를 상기 주파수 영역의 신호로 변환하며, 상기 퓨리에 변환을 이용할 때 상기 목표물과 상기 레이더 안테나 사이의 거리와 관련된 제1 거리 함수에 상기 운동체의 이동 속도와 상기 데이터 수집 시간의 곱셈값 및 상기 목표물과 상기 레이더 안테나 사이의 거리값 사이의 차이값을 반영하여 얻은 제2 거리 함수, 및 정지 위상 근사 기법(stationary phase approximation)을 적용하여 상기 시간 영역의 신호를 상기 주파수 영역의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템의 SAR 영상 복원 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the converting comprises converting the time domain signal into a frequency domain signal using a Fourier transform, and using a Fourier transform to determine a first distance function related to a distance between the target and the radar antenna, A second distance function reflecting a difference value between a moving speed and a data acquisition time, and a distance value between the target and the radar antenna, and a stationary phase approximation, And a signal of the frequency domain is transformed into a signal of the frequency domain.
삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 수신 신호의 지연 시간과 관련된 정합 필터(matched filter)를 이용하는 백 프로젝션 알고리즘(back projection algorithm)을 기초로 상기 레이더 안테나의 위치 변화량이 제거된 상기 수신 신호를 후처리하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템의 SAR 영상 복원 방법.
8. The method of claim 7,
Post-processing the received signal from which the amount of positional change of the radar antenna is removed based on a back projection algorithm using a matched filter related to the delay time of the received signal
The SAR image restoration method of claim 1, further comprising:
제 11 항에 있어서,
상기 후처리하는 단계는 상기 FMCW-SAR 시스템을 구비하는 운동체의 이동 속도, 시간 샘플의 개수 및 각 시간 샘플과 관련된 상기 레이더 안테나의 위치를 기초로 상기 정합 필터를 수정하여 이용하는 것을 특징으로 하는 연속 이동 효과 보정 기법을 이용하는 FMCW-SAR 시스템의 SAR 영상 복원 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the post-processing step modifies and uses the matched filter based on a moving speed of the moving body including the FMCW-SAR system, a number of time samples, and a position of the radar antenna associated with each time sample. SAR image restoration method of FMCW-SAR system using effect correction technique.
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