KR101173954B1 - Method for estimating a Doppler centroid frequency for forming a SARSynthetic Aperture Radar image, and a computer-readable media writing a program to implement the same method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보를 추정하는 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 SAT(Synthetic Aperture Time) 전 구간에서 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다의 상기 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 이용하여 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리[R(s)]를 방위시간의 함수인 테일러 시리즈(Taylor Series)로 전개하여 구하는 단계와, 상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계와, 상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 수식으로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보를 추정하는 방법에 의하면, 기존의 SAR 센서의 탑재체 이동방향 벡터와 레이다 안테나 지향방향 벡터 정보를 이용하여 계산하는 방식보다 간단하면서도 정밀하게 도플러 중심 주파수 정보를 추출할 수 있다. The present invention relates to a method for estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image, and more particularly, the payload information of the SAR sensor and the ground information of every SAR (Pulse Repetition Interval) in the entire SAT (Synthetic Aperture Time) section. Calculating the inclination distance [R (s)] between the payload of the SAR sensor and the image center using the Taylor series as a function of azimuth time by using the information of the image center of the target point; Modeling R (s)] in the form of a second order polynomial by applying a Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on LSE (Least Square Error), and calculating the first order and second order coefficients of the second order polynomial. And calculating the Doppler center frequency f dc and the Doppler frequency change rate f r from the equation used.
According to the method of estimating the Doppler center frequency information for forming the SAR image according to the present invention, the Doppler center frequency is simpler and more precisely compared to the method of calculating using the payload moving direction vector and the radar antenna direction direction vector information of the conventional SAR sensor. Information can be extracted.
Description
본 발명은 SAR(Synthetic Aperture Radar:고해상도 영상 레이다) 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수(Doppler centroid frequency) 정보 추정방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리를 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다 직접 계산한 후 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용함으로써 도플러 중심 주파수 정보를 간단하면서도 정밀하게 추출할 수 있는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법 및 그를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of estimating Doppler centroid frequency (Doppler centroid frequency) information for forming a Synthetic Aperture Radar (SAR) image. Doppler center frequency information estimation method for SAR image formation that can extract the Doppler center frequency information simply and precisely by applying the Least Square Error (LSE) based Polyfit (Polynomial Fitting) technique after calculating each pulse repetition interval And a computer readable medium having recorded thereon a program for executing the same.
일반적으로, 항공기나 위성에 탑재된 SAR 센서를 이용하여 획득한 레이더 신호자료로부터 신호처리 기법을 통해 최종 영상을 제작함에 있어서, SAR 영상을 제작하는 신호처리 기법에서 사용하는 중요 변수로 도플러 중심 주파수 정보라는 것이 있다. 도플러 중심 주파수 정보가 잘못되면 SAR 영상의 화질이 저하될 뿐만 아니라 SAR 영상에 존재하는 표적의 방위 위치에 오차가 발생하게 된다. 따라서, 도플러 중심 주파수 정보의 정확도에 따라 최종 SAR 영상의 품질이 결정된다. 특히 최근 활발히 개발되고 있는 고해상도 SAR일수록 더욱 정확한 도플러 중심 주파수를 요구하게 된다. In general, the Doppler center frequency information is an important parameter used in the signal processing technique for producing the SAR image in producing the final image from the radar signal data acquired using the SAR sensor mounted on the aircraft or satellite. There is that. If the Doppler center frequency information is wrong, not only the image quality of the SAR image is degraded, but also an error occurs in the azimuth position of the target present in the SAR image. Therefore, the quality of the final SAR image is determined according to the accuracy of the Doppler center frequency information. In particular, the higher resolution SAR, which is being actively developed recently, requires a more accurate Doppler center frequency.
이상과 같은 도플러 중심 주파수를 추정하는 알고리즘의 종류는 크게 두 가지로 분류된다. SAR 센서의 탑재체와 레이다 안테나의 기하 정보로부터 도플러 중심 주파수를 구하는 방식과, 순수하게 획득한 신호 정보만을 이용하여 신호처리에 의해 도플러 중심 주파수를 구하는 방식이 있다. 전자는 구하는 방식이 간단하고 구해진 정보가 정확하다는 장점이 있지만, SAR 센서의 탑재체의 이동방향 벡터 정보와 레이다 안테나의 지향방향 벡터 정보를 필요로 한다는 단점이 있다. 이에 반해, 후자는 상기 탑재체와 안테나에 관한 벡터 정보를 필요로 하지는 않지만, 신호처리 과정이 복잡하고 추정한 도플러 중심 주파수 정보가 전자보다 정확하지 않다는 단점이 있다.
There are two main types of algorithms for estimating the Doppler center frequency as described above. The Doppler center frequency is obtained from the geometric information of the payload of the SAR sensor and the radar antenna, and the Doppler center frequency is obtained by signal processing using purely obtained signal information. The former has the advantage that the method of obtaining is simple and the obtained information is accurate. However, the former requires the moving direction vector information of the payload of the SAR sensor and the directing direction vector information of the radar antenna. On the other hand, the latter does not require vector information on the payload and antenna, but the disadvantage is that the signal processing process is complicated and the estimated Doppler center frequency information is not more accurate than the former.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리를 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다 직접 계산한 후 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용함으로써, 기존의 SAR 센서의 탑재체 이동방향 벡터와 레이다 안테나 지향방향 벡터 정보를 이용하여 계산하는 방식보다 간단하면서도 정밀하게 도플러 중심 주파수 정보를 추출할 수 있는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법 및 그를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체를 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention was created in view of the above-mentioned matters, and after directly calculating the inclination distance between the payload of the SAR sensor and the image center for each PRI (Pulse Repetition Interval), the Polyfit (Polynomial Fitting) based on LSE (Least Square Error) By applying the method, Doppler center frequency information for SAR image formation that can extract Doppler center frequency information more simply and precisely than the calculation method using the payload moving direction vector and the radar antenna direction direction vector information of the existing SAR sensor. It is an object of the present invention to provide a computer-readable medium having recorded thereon an estimation method and a program for executing the same.
상기 본 발명의 목적에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법은, SAT(Synthetic Aperture Time) 전 구간에서 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다의 상기 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 이용하여 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리[R(s)]를 방위시간의 함수인 테일러 시리즈(Taylor Series)로 전개하여 구하는 단계와, 상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계와, 상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 다음 수식으로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계를 포함한다. The method of estimating Doppler center frequency information for SAR image formation according to the object of the present invention includes the information on the payload of the SAR sensor and the target point on the ground for every PRI (Pulse Repetition Interval) in the entire SAT (Synthetic Aperture Time) section. Calculating the inclination distance [R (s)] between the payload of the SAR sensor and the image center using the Taylor information as a Taylor Series as a function of azimuth time, and the inclination distance [(R (s)]. )] Is modeled in the form of a second order polynomial by applying the Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on the Least Square Error (LSE), and the following equation using the first order and second order coefficients of the second order polynomial Obtaining the Doppler center frequency f dc and the Doppler frequency change rate f r from.
여기서, C1은 상기 2차 다항식의 1차 계수, C2는 상기 2차 다항식의 2차 계수, λ는 파장이다.Here, C 1 is the first order coefficient of the second order polynomial, C 2 is the second order coefficient of the second order polynomial, and λ is the wavelength.
상기 본 발명의 세부적인 목적에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법은 상기 SAR 센서의 탑재체 정보는 매초 또는 매 PRI 마다 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 포함한다. In the method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image according to the detailed object of the present invention, the payload information of the SAR sensor includes position, speed, acceleration, and attitude information of the payload every second or every PRI.
상기 본 발명의 세부적인 목적에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법은 상기 탑재체가 위성일 경우, 상기 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 보간(interpolation)하여 탑재체에 대한 원하는 위치에서의 정보를 이용한다. In the method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image according to the detailed object of the present invention, when the payload is a satellite, a desired position with respect to the payload is interpolated by interpolating the position, speed, acceleration, and attitude information of the payload. Use information from
상기 본 발명의 목적에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체는 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 저장하고 있는 데이터베이스와, 그 데이터베이스로부터 필요한 정보를 판독하여 요청된 작업을 수행하는 CPU를 구비하는 컴퓨터 시스템을 이용하여 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보를 추정하는 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체로서, 상기 방법은, SAT(Synthetic Aperture Time) 전 구간에서 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다의 상기 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 이용하여 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리[R(s)]를 방위시간의 함수인 테일러 시리즈(Taylor Series)로 전개하여 구하는 단계와, 상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계와, 상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 다음 수식으로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계를 포함한다.The computer-readable medium having recorded thereon a program for executing the method of estimating the Doppler center frequency information for forming the SAR image according to the object of the present invention is a database that stores the payload information of the SAR sensor and the image center information of the target point on the ground. And a program for executing a method of estimating Doppler center frequency information for SAR image formation using a computer system having a CPU that reads necessary information from the database and performs a requested task. The method may be performed between the payload of the SAR sensor and the image center by using the payload information of the SAR sensor for every pulse repetition interval (PRI) and the image center information of the target point on the ground in the entire SAT (Synthetic Aperture Time) section. The slope distance [R (s)] is the Taylor series as a function of bearing time (Taylor Modeling the gradient distance [(R (s)] by applying a Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on LSE (Least Square Error) And calculating the Doppler center frequency f dc and the Doppler frequency change rate f r from the following equation using the first and second coefficients of the second polynomial.
여기서, C1은 상기 2차 다항식의 1차 계수, C2는 상기 2차 다항식의 2차 계수, λ는 파장이다.Here, C 1 is the first order coefficient of the second order polynomial, C 2 is the second order coefficient of the second order polynomial, and λ is the wavelength.
상기 본 발명의 세부적인 목적에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 SAR 센서의 탑재체 정보는 매초 또는 매 PRI 마다 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 포함한다.The computer-readable medium recording the program for executing the method of estimating the Doppler center frequency information for forming the SAR image according to the detailed object of the present invention, the payload information of the SAR sensor is the position, speed, Contains acceleration and posture information.
상기 본 발명의 세부적인 목적에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체는 상기 탑재체가 위성일 경우, 상기 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 보간(interpolation)하여 탑재체에 대한 원하는 위치에서의 정보를 이용한다.
The computer-readable medium having recorded thereon a program for executing the method of estimating the Doppler center frequency information for forming the SAR image according to the detailed object of the present invention is the position, speed, acceleration and attitude information of the payload when the payload is a satellite. Interpolation is used to use information at a desired position for the payload.
이와 같은 본 발명에 의하면, SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리를 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다 직접 계산한 후 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용함으로써, 기존의 SAR 센서의 탑재체 이동방향 벡터와 레이다 안테나 지향방향 벡터 정보를 이용하여 계산하는 방식보다 간단하면서도 정밀하게 도플러 중심 주파수 정보를 추출할 수 있다.
According to the present invention, by directly calculating the inclination distance between the payload of the SAR sensor and the center of the image for each PRI (Pulse Repetition Interval), by applying the Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on Least Square Error (LSE), The Doppler center frequency information can be extracted more simply and precisely than the calculation method using the payload moving direction vector and the radar antenna direction direction vector information of the SAR sensor.
도 1은 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법의 전체적인 실행과정을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법과 관련된 SAR 운용 개념 및 시뮬레이션 기하를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법에 대한 시뮬레이션 환경을 표로 정리하여 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법에 대한 시뮬레이션 결과를 특성 그래프 형태로 각각 보여주는 도면이다.1 is a flowchart illustrating the overall execution of the Doppler center frequency information estimation method for forming a SAR image according to the present invention.
2 is a diagram illustrating a SAR operation concept and a simulation geometry related to the Doppler center frequency information estimation method for forming an SAR image according to the present invention.
3 is a table showing a simulation environment for a method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image of the present invention.
4 to 7 are diagrams showing simulation results of a method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image of the present invention in the form of characteristic graphs, respectively.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법의 전체적인 실행과정을 보여주는 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법은, SAT(Synthetic Aperture Time) 전 구간에서 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다의 상기 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 이용하여 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리[R(s)]를 방위시간의 함수인 테일러 시리즈(Taylor Series)로 전개하여 구하는 단계(S110)와, 상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계(S120)와, 상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 수학식 1로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계(S130)를 포함한다.1 is a flowchart illustrating the overall execution of the Doppler center frequency information estimation method for forming a SAR image according to the present invention. As shown in FIG. 1, the method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image according to the present invention includes payload information of the SAR sensor for every Pulse Repetition Interval (PR) in the entire SAT (Synthetic Aperture Time) period. Using the information of the image center of the target point on the ground to expand and obtain the inclination distance [R (s)] between the payload of the SAR sensor and the image center as a Taylor Series as a function of azimuth time (S110); Modeling the inclination distance [(R (s)] in the form of a second order polynomial by applying a Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on a Least Square Error (LSE) (S120) and the second order polynomial And calculating the Doppler center frequency f dc and the Doppler frequency change rate f r from
여기서, C1은 상기 2차 다항식의 1차 계수, C2는 상기 2차 다항식의 2차 계수, λ는 파장이다.Here, C 1 is the first order coefficient of the second order polynomial, C 2 is the second order coefficient of the second order polynomial, and λ is the wavelength.
도 2는 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법과 관련된 SAR 운용 개념 및 시뮬레이션 기하를 보여주는 도면이다. 도 2를 기반으로 본 발명에 대하여 구체적으로 살펴보면, SAT(Synthetic Aperture Time) 전 구간에서 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다의 상기 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 이용하여 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리[R(s)]를 방위시간의 함수인 테일러 시리즈(Taylor Series)로 전개하여 구하는 단계(S110)에서의 결과는 수학식 2와 같다. 방위시간이 s=sc일 때는, 도 2에서와 같이 탑재체가 SAT(Synthetic Aperture Time)의 구간에서 중심에 와 있을 때이며, 이때 탑재체와 영상 중심까지의 거리는 Rc이며, 경사거리[R(s)]는 이러한 Rc의 다항식으로 표현될 수 있다. 2 is a diagram illustrating a SAR operation concept and a simulation geometry related to the Doppler center frequency information estimation method for forming an SAR image according to the present invention. The present invention will be described in detail with reference to FIG. 2, by using the payload information of the SAR sensor for every Pulse Repetition Interval (PR) in all sections of the Synthetic Aperture Time (SAT) and the image center information of the target point on the ground. The result of step S110 of calculating the inclination distance R (s) between the payload of the SAR sensor and the image center as a Taylor Series as a function of azimuth time is shown in Equation 2 below. When the azimuth time is s = s c , as shown in FIG. 2, the payload is at the center of the SAT (Synthetic Aperture Time) section, the distance between the payload and the image center is R c , and the inclination distance R (s )] Can be represented by this polynomial of R c .
여기서, Rc는 탑재체와 영상 중심까지의 거리이고, 
한편, 상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계(S120)에서의 결과는 수학식 3과 같다. 여기서, Polyfit(Polynomial Fitting) 기법은 널리 알려진 기법이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, modeling the inclination distance [(R (s)] in the form of a second order polynomial by applying a Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on the Least Square Error (LSE) (S120) is a mathematical Equation 3. Since the Polyfit (Polynomial Fitting) technique is a well-known technique, a detailed description thereof will be omitted.
여기서, Cn은 방정식의 n차 계수이고, s는 방위시간이며, sc는 방위시간의 중심이다.Where C n is the n-th order coefficient of the equation, s is the azimuth time, and s c is the center of the azimuth time.
상기 수학식 2에서 R(s)의 3차 이상 성분은 거의 미미한 영향을 미치므로 상기 수학식 2와 수학식 3으로부터 
다음으로, 상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 수학식 1로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계(S130)를 수행하게 된다. 이해를 돕기 위하여 수학식 1의 수식이 유도되는 과정을 살펴보면, 우선 종래부터 알려진 위상 도출하는 단계로부터 위상의 1회 미분 및 2회 미분을 통한 도플러 주파수(fd)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 것에 대하여 살펴보아야 한다.Next, a step (S130) of calculating a Doppler center frequency f dc and a Doppler frequency change rate f r is performed from
우선적으로 상기 탑재체의 비행진행방향의 주파수 신호에 대한 위상(φ)은 탑재체와 영상 중심까지의 거리 R(s)를 이용하여 다음의 수학식 4와 같이 도출할 수 있다. 레이다에서는 R(s)가 왕복의 개념으로 해석되어야 하므로, 2π에 2를 곱하여 4π가 R(s)에 곱해진다. First, the phase φ of the frequency signal in the flight progress direction of the payload may be derived as shown in Equation 4 using the distance R (s) between the payload and the image center. In radar, R (s) must be interpreted as the concept of round trip, so 2π is multiplied by 2, and 4π is multiplied by R (s).
여기서, φ는 위상, R(s)는 경사거리, λ는 파장이다.Is the phase, R (s) is the inclination distance, and λ is the wavelength.
상기와 같이 위상(φ)이 도출되면, 그 도출된 위상(φ)을 이용하여 도플러 주파수(fd)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구할 수 있다. 여기서, 도플러 주파수(fd)와 도플러 주파수 변화율(fr)은 상기 위상(φ)의 1회 미분 및 2회 미분을 통하여 각각 다음의 수학식 5 및 6과 같이 구할 수 있다.When the phase φ is derived as described above, the Doppler frequency f d and the Doppler frequency change rate f r can be obtained using the derived phase φ. Here, the Doppler frequency f d and the Doppler frequency change rate f r can be obtained as
여기서, 
여기서, 
따라서, 상기 수학식 2의 다항식에서의 1차 계수 및 2차 계수는 다음의 수학식 7 및 8과 같이 각각 표현할 수 있다.Therefore, the first and second coefficients in the polynomial of Equation 2 may be expressed as Equations 7 and 8, respectively.
상기 수학식 7, 수학식 8과 상기의 
한편, 이상과 같은 일련의 과정에 있어서, 상기 SAR 센서의 탑재체 정보는 매초 또는 매 PRI 마다 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 포함할 수 있다.On the other hand, in the above series of processes, the payload information of the SAR sensor may include the position, speed, acceleration and attitude information of the payload every second or every PRI.
그리고, 상기 탑재체가 위성일 경우, 상기 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 보간(interpolation)하여 탑재체에 대한 원하는 위치에서의 정보를 이용한다. When the payload is a satellite, the position, speed, acceleration, and attitude information of the payload are interpolated to use information at a desired position with respect to the payload.
또한, 이상과 같은 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법은 다른 실시예로서, SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 저장하고 있는 데이터베이스와, 그 데이터베이스로부터 필요한 정보를 판독하여 요청된 작업을 수행하는 CPU를 구비하는 컴퓨터 시스템을 이용하여 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보를 추정하는 방법을 실행시키기 위한 프로그램으로 작성되어 컴퓨터로 판독가능한 매체(예를 들면, CD)에 기록될 수도 있다. In addition, the above-described method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image according to the present invention includes a database storing payload information of a SAR sensor and image center information of a target point on the ground; A computer readable medium written as a program for executing a method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image by using a computer system having a CPU that reads necessary information from a computer and performs a requested task (e.g., For example, CD).
한편, 도 3 내지 도 7은 이상과 같은 본 발명의 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법에 대한 시뮬레이션 결과를 보여주는 것으로서, 도 3은 시뮬레이션 환경을 표로 정리하여 보여주는 도면이고, 도 4 내지 도 7은 시뮬레이션 결과를 특성 그래프 형태로 각각 보여주는 도면이다.Meanwhile, FIGS. 3 to 7 show simulation results of the method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image of the present invention as described above, and FIG. 3 is a diagram showing a simulation environment in a table. 7 shows the simulation results in the form of characteristic graphs, respectively.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이는 탑재체 위치정보의 오차가 정규분포를 가지며, 정규분포의 평균은 0m, 표준편차 10m인 것으로 가정한 경우로서, 도 4의 (a)는 스퀸트(squint) 각이 0°일 때의 분석 결과이고, (b)는 8.50°일 때, 도 5의 (c)는 16.7°일 때, (d)는 24.2°일 때의 분석 결과이다. 4 and 5, it is assumed that an error of the payload position information has a normal distribution, and the average of the normal distribution is 0 m and a standard deviation of 10 m. FIG. 4A illustrates a squint. An analysis result when the angle is 0 °, (b) is 8.50 °, Figure 5 (c) is 16.7 °, (d) is an analysis result when 24.2 °.
각 분석 결과는 안테나 지향방향 오차가 0.01°에서부터 0.10°까지 변화할 때, 종래의 방식(Conventional Method)과 본 발명의 방식(Proposed Method)을 참값(Calculated)과 함께 비교하였다. 안테나 지향방향 오차가 커질수록 종래 방식은 선형적으로 도플러 중심 주파수의 오차가 커지는 반면에, 본 발명의 방식은 안테나 지향방향의 오차와 무관하게 도플러 중심 주파수의 오차가 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 스퀸트 각이 커질수록 본 발명의 방식에서 도플러 중심 주파수의 오차가 약간씩 더 발생하는 현상이 있지만, 종래 방식의 오차와 비교했을 때는 미미한 수준이다. 예를 들어, 스퀸트 각이 가장 큰 도 5의 (d)에서 안테나 지향오차가 가장 작은 0.01°의 경우라 할지라도 종래 방식의 오차보다 본 발명의 방식의 오차가 더 작은 것을 볼 수 있다.Each analysis result compared the conventional method (Proven Method) and the proposed method (Proposed Method) with the true value when the antenna direction error varies from 0.01 ° to 0.10 °. As the error in the antenna direction increases, the conventional method linearly increases the error of the Doppler center frequency, whereas the method of the present invention maintains the error of the Doppler center frequency constant regardless of the error in the antenna direction. As the shunt angle increases, the error of the Doppler center frequency slightly increases in the scheme of the present invention, but it is insignificant compared to the error of the conventional scheme. For example, in FIG. 5 (d) where the shunt angle is the largest, the error of the present invention is smaller than that of the conventional method even when the antenna direct error is 0.01 °.
도 6 및 도 7은 탑재체 위치정보의 오차가 정규분포를 가지며 정규분포의 평균은 0m, 표준편차 20m인 것으로 가정했을 때의 시뮬레이션 결과이다. 6 and 7 show simulation results when it is assumed that an error of the payload position information has a normal distribution and the average of the normal distribution is 0 m and a standard deviation 20 m.
상기 도 4 및 도 5와 비교할 때, 거의 대동소이함을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 방식이 탑재체 위치정보의 오차에 강인한 특성을 가지고 있음을 의미하는 것이다.Compared with FIGS. 4 and 5, it can be seen that it is almost the same, which means that the method of the present invention has a strong characteristic against the error of the payload position information.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법은 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리를 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다 직접 계산한 후 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용함으로써, 기존의 SAR 센서의 탑재체 이동방향 벡터와 레이다 안테나 지향방향 벡터 정보를 이용하여 계산하는 방식보다 간단하면서도 정밀하게 도플러 중심 주파수 정보를 추출할 수 있는 장점이 있다. As described above, the Doppler center frequency information estimation method for forming a SAR image according to the present invention directly calculates the inclination distance between the payload of the SAR sensor and the center of the image for each PRI (Pulse Repetition Interval) and then LSE (Least Square Error) By applying the Polyfit (Polynomial Fitting) based method, it is possible to extract Doppler center frequency information more simply and accurately than the calculation method using the payload moving direction vector and radar antenna direction vector information of the existing SAR sensor. There is this.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiment, the present invention is not limited thereto, and it will be apparent to those skilled in the art that various changes and applications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of the same should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계;
상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 다음 수식으로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법.
여기서, C1은 상기 2차 다항식의 1차 계수, C2는 상기 2차 다항식의 2차 계수, λ는 파장이다.The slope distance between the payload of the SAR sensor and the image center using information on the SAR sensor payload at each PRI (Pulse Repetition Interval) and the image center information of the target point on the ground in all sections of the Synthetic Aperture Time (SAT) )] To find and expand into a Taylor Series as a function of azimuth time;
Modeling the inclination distance [(R (s)] in the form of a second order polynomial by applying a Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on a Least Square Error (LSE);
Calculating the Doppler center frequency (f dc ) and the Doppler frequency change rate (f r ) from the following equation using the first order and second order coefficients of the second polynomial; Information estimation method.
Here, C 1 is the first order coefficient of the second order polynomial, C 2 is the second order coefficient of the second order polynomial, and λ is the wavelength.
상기 SAR 센서의 탑재체 정보는 매초 또는 매 PRI 마다 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법. The method of claim 1,
The payload information of the SAR sensor includes Doppler center frequency information estimation method for forming a SAR image, wherein the payload information includes position, speed, acceleration, and attitude information of the payload every second or every PRI.
상기 탑재체가 위성일 경우, 상기 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 보간(interpolation)하여 탑재체에 대한 원하는 위치에서의 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법. The method of claim 2,
When the payload is a satellite, interpolates the position, speed, acceleration, and attitude information of the payload and uses the information at a desired position with respect to the payload.
상기 방법은,
SAT(Synthetic Aperture Time) 전 구간에서 매 PRI(Pulse Repetition Interval)마다의 상기 SAR 센서의 탑재체 정보와 지상의 목표지점의 영상 중심의 정보를 이용하여 SAR 센서의 탑재체와 영상 중심 간의 경사거리[R(s)]를 방위시간의 함수인 테일러 시리즈(Taylor Series)로 전개하여 구하는 단계;
상기 경사거리[(R(s)]를 LSE(Least Square Error) 기반의 Polyfit(Polynomial Fitting) 기법을 적용하여 2차 다항식의 형태로 모델링(Modeling)하는 단계;
상기 2차 다항식의 1차 계수와 2차 계수를 이용한 다음 수식으로부터 도플러 중심 주파수(fdc)와 도플러 주파수 변화율(fr)을 구하는 단계를 포함하는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체.
여기서, C1은 상기 2차 다항식의 1차 계수, C2는 상기 2차 다항식의 2차 계수, λ는 파장이다.For SAR image formation using a computer system having a payload information of a SAR sensor and a database storing image center information of a target point on the ground, and a CPU that reads necessary information from the database and performs a requested task. A computer readable medium having recorded thereon a program for executing a method of estimating Doppler center frequency information.
The method comprises:
The slope distance between the payload of the SAR sensor and the image center using the information on the payload of the SAR sensor at every pulse repetition interval (PRI) in all sections of the synthetic aperture time (SAT) and the information on the image center of the target point on the ground [R ( s)] to find and expand to Taylor Series as a function of azimuth time;
Modeling the inclination distance [(R (s)] in the form of a second order polynomial by applying a Polyfit (Polynomial Fitting) technique based on a Least Square Error (LSE);
A method of estimating Doppler center frequency information for forming a SAR image, comprising obtaining a Doppler center frequency (f dc ) and a Doppler frequency change rate (f r ) from the following equation using the first and second coefficients of the second polynomial. A computer readable medium having recorded thereon a program for execution.
Here, C 1 is the first order coefficient of the second order polynomial, C 2 is the second order coefficient of the second order polynomial, and λ is the wavelength.
상기 SAR 센서의 탑재체 정보는 매초 또는 매 PRI 마다 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체.The method of claim 4, wherein
The payload information of the SAR sensor includes a position, velocity, acceleration, and attitude information of the payload every second or every PRI, and the computer readable recording program for executing the Doppler center frequency information estimation method for forming an SAR image. media.
상기 탑재체가 위성일 경우, 상기 탑재체의 위치, 속도, 가속도 및 자세 정보를 보간(interpolation)하여 탑재체에 대한 원하는 위치에서의 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 SAR 영상 형성을 위한 도플러 중심 주파수 정보 추정방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 매체.
The method of claim 5,
In the case where the payload is a satellite, the Doppler center frequency information estimation method for forming a SAR image of the payload is characterized by using information at a desired position of the payload by interpolating the position, speed, acceleration, and attitude information of the payload. A computer readable medium having recorded thereon a program for execution.
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