KR102408991B1 - High resolution image decoding system based on squint sar and method of decoding image using the same - Google Patents

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Abstract

지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 파형발생기, 분배기, 안테나부재, 믹서, 원시데이터 생성부재, 지향각 보정부재, 영상복원부, 및 운용범위 설정부재를 포함한다. 상기 운용범위 설정부재는 상기 지향각 및 상기 송신파의 반전력빔폭 변화에 따른 상기 보정 원시데이터의 도플러주파수 오차를 분석하여 상기 도플러주파수 오차의 임계값을 넘지 않는 최대오차 지향각 및 최대오차 반전력빔폭을 설정하는 비선형오차 분석부와, 상기 복원된 예비영상을 분석하여 상기 지향각 및 상기 반전력빔폭 변화에 따른 해상도가 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하는 해상도 분석부와, 상기 비선형오차 분석부의 분석결과 및 상기 해상도 분석부의 분석결과를 조합하여 상기 도플러주파수 오차가 상기 임계값을 넘지 않으며 상기 복원된 예비영상의 해상도가 상기 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하여 상기 안테나부재 및 상기 파형발생기를 제어하는 운용범위 설정부를 포함한다.The directional angle SAR-based high-resolution image restoration system includes a waveform generator, a divider, an antenna member, a mixer, a raw data generating member, a directional angle correction member, an image restoration unit, and an operating range setting member. The operating range setting member analyzes the Doppler frequency error of the corrected raw data according to the change in the beam width of the beam and the inversion power of the transmission wave, and the maximum error orientation angle and maximum error inversion power that do not exceed the threshold value of the Doppler frequency error A non-linear error analysis unit for setting the beam width, and a resolution analysis unit for analyzing the restored preliminary image and setting the beam width and the beam width at which the resolution according to the change in the beam angle and the half power beam width does not exceed the critical resolution; By combining the analysis result of the nonlinear error analysis unit and the analysis result of the resolution analysis unit, the Doppler frequency error does not exceed the threshold value and the resolution of the reconstructed preliminary image does not exceed the threshold resolution. to include an operating range setting unit for controlling the antenna member and the waveform generator.

Description

지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템 및 이를 이용한 영상복원방법{HIGH RESOLUTION IMAGE DECODING SYSTEM BASED ON SQUINT SAR AND METHOD OF DECODING IMAGE USING THE SAME}HIGH RESOLUTION IMAGE DECODING SYSTEM BASED ON SQUINT SAR AND METHOD OF DECODING IMAGE USING THE SAME}

본 발명은 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템 및 이를 이용한 영상복원방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기에 의해 측정된 Squint-SAR(Squint - Synthetic Aperture Radar) 영상복원 시스템에서 스퀸트 SAR 시스템의 최적 운용범위를 결정하여 오차가 감소되고 경제성 및 해상도가 향상된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템 및 이를 이용한 영상복원방법에 관한 것이다.The present invention relates to a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system and an image restoration method using the same, and more particularly, to an optimal squint SAR system in a Squint-Synthetic Aperture Radar (Squint-SAR) image restoration system measured by an aircraft. It relates to an orientation angle SAR-based high-resolution image restoration system with reduced errors and improved economic feasibility and resolution by determining the operating range, and an image restoration method using the same.

지구환경조사는 방대한 지역의 지질, 해양, 생태 등을 조사하는 분야로서, 현장조사, 실내실험, 원격탐사 등을 포함한다.The global environmental survey is a field that investigates the geology, ocean, and ecology of a vast area, and includes field surveys, indoor experiments, and remote sensing.

현장조사는 지표탐사, 보링, 물리탐사 등 직접현장을 방문하여 육안 또는 각종 조사장비를 이용한 조사를 포함한다. 현장조사는 그 정확도가 높기 때문에 현재까지도 정밀측정이 필요한 경우에 널리 사용된다. 실내실험은 현장에서 직접 측정하기 어려운 화학적, 물리적 특성 등을 실험실 내의 정밀계측장비를 이용하여 측정한다. 현장조사와 실내실험은 그 정확도가 높은 장점이 있으나, 시간적·공간적 제약으로 인하여 넓은 지역, 원격지, 격오지, 해양 등에 적용하기 쉽지 않다.Field surveys include direct visits to the site, such as surface exploration, boring, and physical exploration, and surveys using the naked eye or various survey equipment. Since field surveys have high accuracy, they are still widely used when precise measurements are required. In an indoor experiment, chemical and physical properties that are difficult to measure directly in the field are measured using precision measuring equipment in the laboratory. Field surveys and indoor experiments have the advantage of high accuracy, but they are not easy to apply to large areas, remote areas, remote areas, and the ocean due to time and spatial constraints.

최근에는 원격탐사기술의 발달로 인하여 항공기를 이용한 원격탐사가 널리 이용되고 있다. 특히, 화산폭발, 지진, 태풍 등의 재난상황이나 빙하, 조수, 파도, 해양오염과 같은 환경모니터링에 있어서 원격탐사가 매우 유용하다.Recently, due to the development of remote sensing technology, remote sensing using an aircraft is widely used. In particular, remote sensing is very useful in disaster situations such as volcanic eruptions, earthquakes, typhoons, and environmental monitoring such as glaciers, tides, waves, and marine pollution.

일반적인 원격탐사장비는 인공위성이나 항공기에 탑재된 레이더를 이용한다. 인공위성의 경우 넓은 지역을 원거리에서 측정하는 것이 가능하지만, 많은 비용이 소요되고 측정지점과의 거리가 멀기 때문에 정밀한 데이터를 얻는 것이 어렵다.Common remote sensing equipment uses satellites or radars mounted on aircraft. In the case of satellites, it is possible to measure a large area from a distance, but it is difficult to obtain precise data because it costs a lot and the distance from the measurement point is long.

항공기의 경우 인공위성과 비교할 때 비교적 저렴한 가격에 근거리 측정이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 항공기를 운행하는 동안 대기상태, 기상, 엔진, 등의 원인에 의해 지속적인 요동과 진동이 발생한다. 항공기의 요동과 진동은 데이터의 품질을 저하시키지만 공중을 운행하는 항공기의 특성상 이를 완전히 제거하는 것이 불가능하다.In the case of an aircraft, it has the advantage of being able to measure close range at a relatively low price compared to satellites. However, during the operation of the aircraft, continuous fluctuations and vibrations occur due to factors such as atmospheric conditions, weather, and engines. The fluctuations and vibrations of the aircraft degrade the quality of data, but it is impossible to completely eliminate them due to the nature of the aircraft operating in the air.

이러한 문제점들 중에서 특히 레이더의 조사방향이 비틀어져서 발생하는 지향각 SAR(Squint-SAR) 데이터의 경우, 항공기를 통하여 얻은 데이터가 3차원 형태를 갖는 점으로 인하여 방위방향과 거리방향이 동시에 비틀어져서, 복원된 데이터가 비틀어지는 문제점이 있다. 특히, 합성개구면 길이, 비행고도, 전파 입사각, 지향각, 등과 같이 레이더 자체의 물리적 특성뿐만 아니라 항공기를 운행하는 동안의 대기상태, 기상, 엔진, 등의 다양한 변수들이 관여되기 때문에, 지향각 SAR 기반 시스템은 기본적으로 비선형거동을 할 수 밖에 없다.Among these problems, especially in the case of Squint-SAR data, which is caused by the radar irradiation direction being twisted, the azimuth and distance directions are twisted at the same time due to the fact that the data obtained through the aircraft has a three-dimensional shape, There is a problem in that the restored data is distorted. In particular, since various variables such as atmospheric conditions, weather, engine, etc. are involved while operating an aircraft, as well as physical characteristics of the radar itself such as synthetic aperture length, flight altitude, radio wave incidence angle, and orientation angle, the orientation angle SAR The underlying system has no choice but to basically behave non-linearly.

비선형 거동은 오차발생의 예측이 어렵고 발생된 오차의 보정도 어렵기 때문에, 원하는 결과를 얻기 위하여 여러차례 측정을 반복하거나 복잡한 수치해석기법 등을 사용해야 하기 때문에 비용과 시간이 증가한다. 또한 오차범위가 임계치를 벗어나는 경우에는 보정을 하더라도 조사결과를 재사용하는 것이 불가능한데, 비선형 거동으로 인하여 오차범위를 벗어나는지 여부를 사전에 인지하는 것이 어렵다. 오차발생의 비예측성으로 인하여 검사결과의 정확도를 예측하기 어려운 문제점이 발생한다.Since it is difficult to predict the occurrence of errors in nonlinear behavior and it is also difficult to correct the errors, the cost and time increase because it is necessary to repeat the measurement several times or use a complex numerical analysis technique to obtain the desired result. In addition, if the error range is out of the critical value, it is impossible to reuse the survey results even after correction. Due to the unpredictability of error generation, it is difficult to predict the accuracy of inspection results.

대한민국등록특허 제10-2028323호 (2019. 9. 27.)Republic of Korea Patent No. 10-2028323 (2019. 9. 27.) 대한민국등록특허 제10-2028324호 (2019. 9. 27.)Republic of Korea Patent No. 10-2028324 (2019. 9. 27.)

본 발명의 목적은 항공기에 의해 측정된 Squint-SAR(Squint - Synthetic Aperture Radar) 영상복원 시스템에서 스퀸트 SAR 시스템의 최적 운용범위를 결정하여 오차가 감소되고 경제성 및 해상도가 향상된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to determine the optimal operating range of the Squint-SAR system in the Squint-Synthetic Aperture Radar (SAR) image restoration system measured by an aircraft, thereby reducing errors and improving economic efficiency and resolution. to provide a recovery system.

본 발명의 목적은 상기 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an image restoration method using the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system.

본 발명의 일 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 파형발생기, 분배기, 안테나부재, 믹서, 원시데이터 생성부재, 지향각 보정부재, 영상복원부, 및 운용범위 설정부재를 포함한다. 상기 파형발생기는 송신파와 동일한 파형의 신호를 생성한다. 상기 분배기는 상기 파형발생기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배한다. 상기 안테나부재는 상기 분배기에 연결되며, 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테를 포함하되, 항공기 이동방향에 수직한 방향을 기준으로 지향각만큼 기울어진다. 상기 믹서는 상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며, 상기 분배기로부터 인가받은 상기 분배된 신호와 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합한다. 상기 원시데이터 생성부재는 상기 믹서와 연결되며, 상기 믹서로부터 상기 혼합된 신호를 인가받아 상기 지표면의 목표물 중심과의 거리를 측정하여 상기 목표물 중심의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성한다. 상기 지향각 보정부재는 상기 원시데이터 생성부재에 연결되어, 상기 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전된 거리-도플러 주파수 영역 상의 보정 원시데이터로 변경하고 상기 보정 원시데이터를 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하여 화소별 복원영상 데이터를 생성한다. 상기 영상복원부는 상기 복원영상 데이터를 각 화소별로 투영하여 가상의 목표물중심에 관한 예비영상으로 복원하거나 실제 지형을 스캔한 최종영상을 복원한다. 상기 운용범위 설정부재는 상기 안테나부재, 상기 파형발생기, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부에 연결되고, 상기 지향각 및 상기 송신파의 반전력빔폭 변화에 따른 상기 보정 원시데이터의 도플러주파수 오차를 분석하여 상기 도플러주파수 오차의 임계값을 넘지 않는 최대오차 지향각 및 최대오차 반전력빔폭을 설정하는 비선형오차 분석부와, 상기 복원된 예비영상을 분석하여 상기 지향각 및 상기 반전력빔폭 변화에 따른 해상도가 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하는 해상도 분석부와, 상기 비선형오차 분석부의 분석결과 및 상기 해상도 분석부의 분석결과를 조합하여 상기 도플러주파수 오차가 상기 임계값을 넘지 않으며 상기 복원된 예비영상의 해상도가 상기 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하여 상기 안테나부재 및 상기 파형발생기를 제어하는 운용범위 설정부를 포함한다.A directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention includes a waveform generator, a divider, an antenna member, a mixer, a raw data generating member, a directional angle correction member, an image restoration unit, and an operating range setting member. The waveform generator generates a signal having the same waveform as the transmission wave. The divider is connected to the waveform generator, and receives and distributes the signal generated from the waveform generator. The antenna member is connected to the splitter and includes a transmit antenna for receiving the distributed signal from the splitter to transmit the transmit wave to the ground surface and a receive antenna for receiving the receive wave reflected from the ground surface, the aircraft moving direction It is inclined as much as the orientation angle based on the direction perpendicular to . The mixer is connected to the splitter and the receive antenna, and mixes the distributed signal applied from the splitter and the receive wave received from the receive antenna. The raw data generating member is connected to the mixer, receives the mixed signal from the mixer, measures a distance from the target center of the ground surface, and generates raw data indicating the location of the target center. The orientation angle correcting member is connected to the raw data generating member, and changes the raw data into corrected raw data on the distance-Doppler frequency domain rotated by the orientation angle, and converts the corrected raw data to displacement according to the movement of the aircraft. Reconstructed image data for each pixel is generated by compensating for the rotation as much as the orientation angle. The image restoration unit projects the restored image data for each pixel to restore a preliminary image of a virtual target center or a final image obtained by scanning real terrain. The operating range setting member is connected to the antenna member, the waveform generator, the directivity angle correcting member, and the image restoration unit, and the Doppler frequency of the corrected raw data according to the change in the directivity angle and the reverse power beam width of the transmitted wave. A nonlinear error analysis unit that analyzes an error to set a maximum error directivity angle and maximum error reversal power beam width that do not exceed the threshold of the Doppler frequency error, and the reconstructed preliminary image is analyzed to change the directivity angle and reversal power beam width A resolution analysis unit that sets the beam width and the beam width of a beam whose resolution does not exceed the critical resolution according to And it includes an operating range setting unit for controlling the antenna member and the waveform generator by setting the beam width and the beam width of the reversal power at which the resolution of the restored preliminary image does not exceed the critical resolution.

일 실시예에서, 상기 비선형오차 분석부는 [식 1]를 이용하여 합성개구면 유효길이(도 2의 L)과 안테나 반전력빔폭(φBW), 비행고도(H0), 전파 입사각(θi), 및 중심주파수(f0)를 결정할 수 있다.In an embodiment, the nonlinear error analysis unit uses [Equation 1] to determine the effective length of the synthetic aperture (L in FIG. 2), the antenna reverse power beam width (φ BW ), the flight altitude (H 0 ), and the radio wave incident angle (θ i ). ), and the center frequency (f 0 ) can be determined.

[식 1][Equation 1]

Figure 112020087278895-pat00001
Figure 112020087278895-pat00001

(L은 합성개구면 유효길이를 나타내며, H0는 비행고도를 나타내고, θi는 입사각을 나타내며, φBW는 반전력빔폭을 나타낸다)(L represents the effective length of the composite aperture, H 0 represents the flight altitude, θ i represents the incident angle, and φ BW represents the half force beam width)

일 실시예에서, 상기 비선형오차 분석부는 상기 도플러주파수 오차를 [식 2], [식 3], [식 4]과 같이 RMS(Root Mean Square) 방식으로 구할 수 있다.In an embodiment, the nonlinear error analyzer may obtain the Doppler frequency error using a root mean square (RMS) method as shown in [Equation 2], [Equation 3], and [Equation 4].

[식 2][Equation 2]

Figure 112020087278895-pat00002
Figure 112020087278895-pat00002

([식 2]에서, N은 합성개구면에서 안테나부재(110, 120)의 위치를 나타내는 샘플개수이고, u'n은 합성개구면에서 지향각(Φ sq )만큼 회전된 좌표계(u') 상에서 항공기 이동에 따른 안테나부재(110, 120)의 각 위치(샘플)에 대응되며, ku'(u')는 [식 3]에 대응되고, fit(u')함수는 1차식으로 근사시킨(fitting) 함수이다)(In [Equation 2], N is the number of samples indicating the positions of the antenna members 110 and 120 in the composite aperture, and u' n is the coordinate system rotated by the beam angle ( Φ sq ) in the composite aperture (u') Corresponds to each position (sample) of the antenna members 110 and 120 according to the movement of the aircraft on the plane, k u '(u') corresponds to [Equation 3], and the fit(u') function is approximated by a linear equation (fitting) is a function)

[식 3][Equation 3]

Figure 112020087278895-pat00003
Figure 112020087278895-pat00003

([식 3]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 4]으로 나타낸다)(In [Equation 3], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle in the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 4])

[식 4][Equation 4]

Figure 112020087278895-pat00004
Figure 112020087278895-pat00004

([식 4]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)(In [Equation 4], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)

일 실시예에서, 상기 해상도 분석부는 [식 3] 및 [식 5]을 이용하여 지향각과 방위방향 해상도를 분석하여 임계해상도 내의 지향각 범위 및 방위방향 반전력빔폭의 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템.In one embodiment, the resolution analyzer analyzes the beam angle and the azimuth resolution using [Equation 3] and [Equation 5] to set the range of the beam width and the range of the beam width in the azimuth direction within the critical resolution, characterized in that A high-resolution image restoration system based on directional angle SAR.

[식 3][Equation 3]

Figure 112020087278895-pat00005
Figure 112020087278895-pat00005

([식 3]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 4]으로 나타낸다)(In [Equation 3], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle in the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 4])

[식 4][Equation 4]

Figure 112020087278895-pat00006
Figure 112020087278895-pat00006

([식 4]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)(In [Equation 4], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)

[식 5][Equation 5]

△u=2π/BW△u=2π/BW ku’ku'

([식 5]에서, BW ku' 는 주파수 대역폭을 나타낸다)(In [Equation 5], BW ku' represents the frequency bandwidth)

일 실시예에서, 상기 운용범위 설정부재는 상기 안테나부재에 연결되어 상기 지향각을 제어하는 제어모터를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the operating range setting member may further include a control motor connected to the antenna member to control the orientation angle.

일 실시예에서, 상기 지향각 보정보재는, 상기 원시데이터 생성부재에 연결되며 상기 원시데이터에 시간에 대한 1차 푸리에 변환을 수행하는 제1 푸리에 변환부와, 상기 제1 푸리에 변환부에 연결되며 상기 1차 푸리에 변환된 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터를 생성하는 원시데이터 전처리부와, 상기 원시데이터 전처리부에 연결되며 상기 제1 보정 원시데이터에 상기 지향각만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수에 대한 푸리에 변환을 수행하여 제2 보정 원시데이터를 생성하는 제2 푸리에 변환부와, 상기 제2 푸리에 변환부에 연결되며 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하고 상기 회전으로 인하여 발생하는 거리차를 추가로 보상하여 제3 보정 원시데이터를 생성하는 궤적 특성함수 생성부와, 상기 제3 보정 원시데이터에 정합필터를 곱하는 생성된 혼합데이터를 상기 지향각만큼 회전된 도플러 주파수로 푸리에 역변환하여 지표면 상의 좌표에 따른 제4 보정 데이터를 생성하는 푸리에 역변환부와, 상기 푸리에 역변환부에 연결되며 상기 제4 보정 데이터를 상기 지향각만큼 역회전시켜서 복원영상 데이터를 생성하는 데이터 역회전부를 포함할 수 있다.In one embodiment, the orientation angle correction information material is connected to a first Fourier transform unit that is connected to the raw data generating member and performs a first-order Fourier transform with respect to time on the raw data, and is connected to the first Fourier transform unit, A raw data preprocessor for generating first corrected raw data by rotating the first Fourier-transformed raw data by the orientation angle, connected to the raw data preprocessor, and rotated by the orientation angle to the first corrected raw data A second Fourier transform unit for generating second corrected raw data by performing a Fourier transform on the aircraft position variable on the coordinate system, and the second Fourier transform unit connected to the second Fourier transform unit to rotate the displacement according to the movement of the aircraft by the orientation angle a trajectory characteristic function generator generating third corrected raw data by compensating for the state and additionally compensating for a distance difference caused by the rotation, and directing the generated mixed data by multiplying the third corrected raw data by a matched filter An inverse Fourier transform unit generating fourth correction data according to coordinates on the earth's surface by performing inverse Fourier transform with the Doppler frequency rotated by the angle, and the inverse Fourier transform unit is connected to the inverse Fourier transform unit and inversely rotates the fourth correction data by the orientation angle to restore image data It may include a data reverse rotation unit to generate

본 발명의 일 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법에 있어서, 상기 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기와, 상기 파형발생기에 연결되며 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기와, 상기 분배기에 연결되며 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테를 포함하되 항공기 이동방향에 수직한 방향을 기준으로 지향각만큼 기울어진 안테나부재와, 상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며 상기 분배기로부터 인가받은 상기 분배된 신호와 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하는 믹서와, 상기 믹서와 연결되며 상기 믹서로부터 상기 혼합된 신호를 인가받아 상기 지표면의 목표물 중심과의 거리를 측정하여 상기 목표물 중심의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성하는 원시데이터 생성부재와, 상기 원시데이터 생성부재에 연결되어 상기 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전된 거리-도플러 주파수 영역 상의 보정 원시데이터로 변경하고 상기 보정 원시데이터를 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하여 화소별 복원영상 데이터를 생성하는 지향각 보정부재와, 상기 복원영상 데이터를 각 화소별로 투영하여 가상의 목표물중심에 관한 예비영상으로 복원하거나 실제 지형을 스캔한 최종영상을 복원하는 영상복원부와, 상기 안테나부재, 상기 파형발생기, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부에 연결되고 입력된 지향각 및 반전력빔폭에 따른 도플러주파수 오차를 분석하는 비선형오차 분석부와 상기 입력된 지향각 및 반전력빔폭에 따른 해상도를 분석하는 해상도 분석부와 상기 지향각 및 상기 반전력빔폭의 운용범위를 설정하는 운용범위 설정부를 포함하는 운용범위 설정부재를 포함한다. 상기 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법에 있어서, 먼저 상기 운용범위 설정부를 이용하여 가상의 목표물중심을 분석하기 위한 지향각의 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정한다. 이어서, 상기 운용범위 설정부를 이용하여 상기 설정된 반전력빔폭의 범위 내에서 임의의 값을 설정하고 상기 설정된 지향각의 범위 내에서 복수개의 서로 다른 지향각 값들을 설정한다. 이후에, 상기 원시데이터 생성부재, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부를 이용하여 상기 각각의 지향각 값들 및 상기 설정된 반전력빔폭 값에 대응되는 예비영상들을 복원한다. 계속해서, 상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 각각의 지향각 값들 및 상기 설정된 반전력빔폭 값에 대응되는 도플러주파수 오차를 검출한다. 이어서, 상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 검출된 도플러주파수 오차가 최대값이 되는 지향각을 산출하여 최대오차 지향각으로 설정한다. 이후에, 상기 운용범위 설정부를 이용하여 상기 최대오차 지향각을 지향각 값으로 설정하고 상기 설정된 반전력빔폭의 범위 내에서 복수개의 서로 다른 반전력빔폭 값들을 설정한다. 계속해서, 상기 원시데이터 생성부재, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부를 이용하여 상기 각각의 최대오차 지향각 값 및 상기 각각의 반전력빔폭 값들에 대응되는 예비영상들을 복원한다. 이어서, 상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 복원된 예비영상들을 분석하여 상기 도플러주파수 오차의 임계값에 대응되는 최대오차 반전력빔폭을 설정한다. 이후에, 상기 해상도 분석부를 이용하여 기설정된 임계해상도 내의 지향각 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정한다. 계속해서, 상기 운용범위 설정부를 이용하여 상기 비선형오차 분석부의 분석결과 및 상기 해상도 분석부의 분석결과를 조합하여 상기 도플러주파수 오차가 상기 임계값을 넘지 않으며 상기 복원된 예비영상의 해상도가 상기 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하여 상기 안테나부재 및 상기 파형발생기를 제어한다. 이어서, 상기 지향각 및 상기 반전력빔폭을 상기 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템에 적용하여 실제 지형을 스캔하고, 각 화소별 복원영상 데이터를 조합하여 합성개구면 상의 최종영상을 복원한다.In the image restoration method using the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention, the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system includes a waveform generator that generates a signal of the same waveform as a transmission wave, and the waveform generator a divider connected to and receiving and distributing the signal generated from the waveform generator; a transmitting antenna connected to the divider and receiving the distributed signal from the divider to transmit the transmission wave to the ground; An antenna member including a receiving antenna for receiving a wave, but inclined as much as a directivity angle with respect to a direction perpendicular to the direction of movement of the aircraft, the splitter and the receiving antenna connected to the splitter and the received signal and the receiving antenna A mixer that mixes the received wave received from the mixer, is connected to the mixer, receives the mixed signal from the mixer, measures the distance from the target center of the ground surface, and generates raw data indicating the location of the target center a raw data generating member, connected to the raw data generating member to change the raw data into corrected raw data on a distance-Doppler frequency domain rotated by the orientation angle, and converting the corrected raw data to displacement according to the movement of the aircraft The orientation angle correction member for generating reconstructed image data for each pixel by compensating for the rotation as much as the orientation angle, and by projecting the reconstructed image data for each pixel to restore as a preliminary image about the virtual target center or to scan the actual terrain An image restoration unit that restores an image, the antenna member, the waveform generator, the directivity angle correction member, and the image restoration unit are connected to the image restoration unit and analyze the Doppler frequency error according to the input beam angle and the reverse power beam width. It includes an operating range setting member including a resolution analysis unit for analyzing the resolution according to the portion and the input beam angle and the reversing power beam width, and an operating range setting unit for setting the operating range of the heading angle and the reversing power beam width. In the image restoration method using the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system, first, the scope of the directional angle and the range of the half-power beam width are set for analyzing the virtual target center by using the operation range setting unit. Then, an arbitrary value is set within the range of the set half-power beam width by using the operating range setting unit, and a plurality of different beam angle values are set within the range of the set beam width. Thereafter, preliminary images corresponding to the respective beam angle values and the set half-power beam width value are reconstructed using the raw data generating member, the orientation angle correction member, and the image restoration unit. Subsequently, a Doppler frequency error corresponding to each of the beam angle values and the set half-power beam width value is detected using the nonlinear error analysis unit. Next, a directivity angle at which the detected Doppler frequency error becomes the maximum value is calculated using the nonlinear error analysis unit and is set as the maximum error directivity angle. Thereafter, the maximum error directivity angle is set as a directivity angle value by using the operating range setting unit, and a plurality of different half-power beamwidth values are set within the range of the set half-power beamwidth. Subsequently, preliminary images corresponding to each of the maximum error directivity angle value and each of the half-power beamwidth values are restored using the raw data generating member, the orientation angle correction member, and the image restoration unit. Next, the reconstructed preliminary images are analyzed using the nonlinear error analyzer to set the maximum error inversion power beam width corresponding to the threshold value of the Doppler frequency error. Thereafter, the range of the beam angle and the half-power beam width within a preset critical resolution are set using the resolution analysis unit. Subsequently, the Doppler frequency error does not exceed the threshold value by combining the analysis result of the nonlinear error analysis unit and the analysis result of the resolution analysis unit using the operating range setting unit, and the resolution of the restored preliminary image is the threshold resolution. The antenna member and the waveform generator are controlled by setting the directivity angle and the reverse power beam width not to exceed. Then, the actual topography is scanned by applying the beam angle and the half-power beam width to the beam beam SAR-based high-resolution image restoration system, and the final image on the composite aperture is restored by combining the reconstructed image data for each pixel.

일 실시예에서, 상기 영상복원방법은 상기 가상의 목표물중심을 분석하기 위한 지향각의 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정하는 단계 이전에, [식 16]를 이용하여 합성개구면 유효길이(도 2의 L)과 안테나 반전력빔폭(φBW), 비행고도(H0), 전파 입사각(θi), 및 중심주파수(f0)를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the image restoration method uses [Equation 16] to determine the effective length of the synthetic aperture (Fig. 2) and the antenna reversal power beam width (φ BW ), flight altitude (H 0 ), radio wave incidence angle (θ i ), and determining the center frequency (f 0 ) may be further included.

[식 1][Equation 1]

Figure 112020087278895-pat00007
Figure 112020087278895-pat00007

(L은 합성개구면 유효길이를 나타내며, H0는 비행고도를 나타내고, θi는 입사각을 나타내며, φBW는 반전력빔폭을 나타낸다)(L represents the effective length of the composite aperture, H 0 represents the flight altitude, θ i represents the incident angle, and φ BW represents the half force beam width)

일 실시예에서, 상기 도플러주파수 오차를 검출하는 단계는 상기 도플러주파수 오차를 [식 2]과 같이 RMS(Root Mean Square) 방식으로 구할 수 있다.In an embodiment, the detecting of the Doppler frequency error may include obtaining the Doppler frequency error using a root mean square (RMS) method as shown in [Equation 2].

[식 2][Equation 2]

Figure 112020087278895-pat00008
Figure 112020087278895-pat00008

([식 2]에서, N은 합성개구면에서 안테나부재(110, 120)의 위치를 나타내는 샘플개수이고, u'n은 합성개구면에서 지향각(Φ sq )만큼 회전된 좌표계(u') 상에서 항공기 이동에 따른 안테나부재(110, 120)의 각 위치(샘플)에 대응되며, ku'(u')는 [식 12]에 대응되고, fit(u')함수는 1차식으로 근사시킨(fitting) 함수이다)(In [Equation 2], N is the number of samples indicating the positions of the antenna members 110 and 120 in the composite aperture, and u' n is the coordinate system rotated by the beam angle ( Φ sq ) in the composite aperture (u') Corresponds to each position (sample) of the antenna members 110 and 120 according to the movement of the aircraft on the plane, k u '(u') corresponds to [Equation 12], and the fit(u') function is approximated by a linear equation (fitting) is a function)

[식 3][Equation 3]

Figure 112020087278895-pat00009
Figure 112020087278895-pat00009

([식 3]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 4]으로 나타낸다)(In [Equation 3], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle in the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 4])

[식 4][Equation 4]

Figure 112020087278895-pat00010
Figure 112020087278895-pat00010

([식 4]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)(In [Equation 4], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)

일 실시예에서, 상기 기설정된 임계해상도 내의 지향각 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정하는 단계는, [식 3] 및 [식 5]을 이용하여 상기 지향각과 상기 방위방향 해상도를 분석하여 상기 임계해상도 내의 상기 지향각 범위 및 상기 반전릭빔폭의 범위를 설정할 수 있다.In one embodiment, the step of setting the range of the beam angle and the half-power beam width within the preset critical resolution comprises analyzing the beam angle and the azimuth resolution using [Equation 3] and [Equation 5] to determine the threshold It is possible to set the range of the beam direction and the range of the reversal beam width within the resolution.

[식 3][Equation 3]

Figure 112020087278895-pat00011
Figure 112020087278895-pat00011

([식 3]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 4]으로 나타낸다)(In [Equation 3], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle in the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 4])

[식 4][Equation 4]

Figure 112020087278895-pat00012
Figure 112020087278895-pat00012

([식 4]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)(In [Equation 4], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)

[식 5][Equation 5]

△u=2π/BW△u=2π/BW ku’ku'

([식 5]에서, BW ku' 는 주파수 대역폭을 나타낸다)(In [Equation 5], BW ku' represents the frequency bandwidth)

일 실시예에서, 상기 최대오차 반전력빔폭을 설정하는 단계는, 상기 복원된 예비영상들을 분석하여 하나의 십자형상을 이루는 지점의 반전력빔폭과 두 개의 십자형상을 이루는 지점의 반전력빔폭의 중간값을 상기 최대오차 반전력빔폭으로 설정하는 단계일 수 있다.In one embodiment, the step of setting the maximum error reversal power beam width comprises analyzing the reconstructed preliminary images and halfway between the reversal power beam width of a point forming a single cross and the reversing power beam width of a point forming two cross shapes It may be a step of setting a value to the maximum error inversion power beam width.

일 실시예에서, 상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 최대오차 지향각 및 상기 최대오차 반전력빔폭에 대응되는 도플러주파수 오차를 상기 도플러주파수 오차의 임계값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the method may further include setting a Doppler frequency error corresponding to the maximum error directivity angle and the maximum error half-power beam width as a threshold value of the Doppler frequency error using the nonlinear error analysis unit.

일 실시예에서, 상기 예비영상들을 복원하는 단계는, 상기 파형발생기를 이용하여 상기 반전력빔폭에 대응되는 신호를 생성하는 단계; 상기 송신안테나에 상기 신호를 인가하여, 상기 지향각만큼 회전된 상기 송신파를 상기 지표면 상으로 송신하고, 상기 지표면으로부터 반사된 수신파를 상기 수신안테나를 통하여 수신하는 단계; 상기 믹서를 이용하여, 상기 분배기로부터 분배받은 신호와 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하는 단계; 상기 원시데이터 생성부재를 이용하여, 상기 혼합된 신호로부터 상기 지표면 상의 목표물중심과의 거리를 측정하여 상기 목표물 중심의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성하는 단계; 상기 제1 푸리에 변환부를 이용하여, 상기 원시데이터에 시간에 대한 1차 푸리에 변환을 수행하는 단계; 상기 원시데이터 전처리부를 이용하여, 상기 1차 푸리에 변환된 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터를 생성하는 단계; 상기 제2 푸리에 변환부를 이용하여, 상기 제1 보정 원시데이터에 상기 지향각만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수에 대한 푸리에 변환을 수행하여 제2 보정 원시데이터를 생성하는 단계; 상기 궤적 특성함수 생성부를 이용하여, 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하고, 상기 회전으로 인하여 발생하는 거리차를 추가로 보상하여 제3 보정 원시데이터를 생성하는 단계; 상기 푸리에 역변환부를 이용하여, 상기 제3 보정 원시데이터에 정합필터를 곱하는 생성된 혼합데이터를 상기 지향각만큼 회전된 도플러 주파수로 푸리에 역변환하여 지표면 상의 좌표에 따른 제4 보정 데이터를 생성하는 단계; 상기 데이터 역회전부를 이용하여, 상기 제4 보정 데이터를 상기 지향각만큼 역회전시켜서 복원영상 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 영상복원부를 이용하여, 상기 복원영상 데이터를 각 화소별로 투영하여 상기 가상의 목표물중심에 관한 상기 합성개구면 상의 예비영상을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the restoring of the preliminary images may include: generating a signal corresponding to the half-power beam width using the waveform generator; applying the signal to the transmitting antenna, transmitting the transmitted wave rotated by the directivity angle onto the ground surface, and receiving the received wave reflected from the ground surface through the receiving antenna; mixing the signal distributed from the divider with the reception wave received from the reception antenna using the mixer; generating raw data indicating the position of the center of the target by measuring a distance from the mixed signal to the center of the target on the ground surface using the raw data generating member; performing a first-order Fourier transform with respect to time on the raw data using the first Fourier transform unit; generating first corrected raw data by rotating the first-order Fourier-transformed raw data by the orientation angle using the raw data preprocessor; generating second corrected raw data by performing a Fourier transform on the aircraft position variable on the coordinate system rotated by the orientation angle on the first corrected raw data by using the second Fourier transform unit; Compensating the displacement according to the movement of the aircraft in a rotated state by the orientation angle using the trajectory characteristic function generator, and further compensating for a distance difference caused by the rotation to generate third corrected raw data; ; generating fourth corrected data according to coordinates on the earth's surface by using the inverse Fourier transform unit to Fourier inversely transform the generated mixed data obtained by multiplying the third corrected raw data by a matched filter with a Doppler frequency rotated by the orientation angle; generating restored image data by using the data reverse rotation unit to reversely rotate the fourth correction data by the orientation angle; and projecting the restored image data for each pixel by using the image restoration unit to restore a preliminary image on the synthetic aperture with respect to the virtual target center.

일 실시예에서, 상기 반전력빔폭은 방위방향 반전력빔폭 또는 거리방향 반전력빔폭일 수 있다.In an embodiment, the anti-reverse force beam width may be an azimuth anti-reverse force beam width or a distance-direction anti-reverse force beam width.

일 실시예에서, 상기 제1 보정 원시데이터를 생성하는 단계는, 상기 1차 푸리에 변환된 원시데이터에 베이스밴드 변환 필터를 곱하여 혼합데이터를 생성하는 단계; 및 상기 혼합 데이터를 상기 지향각만큼 회전시켜서 상기 제1 보정 원시데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the generating of the first corrected raw data includes: generating mixed data by multiplying the first-order Fourier-transformed raw data by a baseband transform filter; and generating the first corrected raw data by rotating the mixed data by the orientation angle.

상기와 같은 본 발명에 따르면, Squint-SAR 영상복원 시스템에서 레이더의 물리적 특성을 사전에 조정하여, 조사방향이 비틀어져서 발생하는 지향각 SAR(Squint-SAR) 데이터의 오차, 반전력빔폭의 범위를 제대로 설정하지 못해서 발생하는 오차 등이 발생하는 것을 사전에 제어하여 보정가능한 범위내의 원시데이터가 생성되도록 미리 설정할 수 있다.According to the present invention as described above, by adjusting the physical characteristics of the radar in advance in the Squint-SAR image restoration system, the error of the directional angle SAR (Squint-SAR) data caused by twisting the irradiation direction, and the range of the reverse power beam width It can be set in advance so that raw data within a range that can be corrected is generated by controlling in advance the occurrence of errors caused by not setting properly.

또한 오차발생의 예측이 어렵고 발생된 오차의 보정도 어려운 Squint-SAR 영상복원 시스템의 비선형거동에서, 사전에 오차범위를 임계치 내로 설정함으로써 검사결과의 정확도를 향상시킨다.In addition, in the nonlinear behavior of the Squint-SAR image restoration system, which is difficult to predict and correct for errors, the accuracy of inspection results is improved by setting the error range within a threshold in advance.

또한 지향각(Φ sq ), 합성개구면 유효길이(L), 반전력빔폭(Φ BW ), 등과 같은 변수를 설정함에 있어서, 도플러주파수 오차 및 해상도를 고려하여 시행착오 없이 우수한 화질의 복원영상을 생성할 수 있다.In addition, in setting variables such as the orientation angle ( Φ sq ), the effective length of the composite aperture (L), the half-power beam width ( Φ BW ), etc., the reconstructed image of excellent quality can be obtained without trial and error considering the Doppler frequency error and resolution. can create

또한 Squint-SAR 영상복원 시스템 자체를 사전에 제어하여, 원시데이터가 보정가능한 오차범위내로 수렴하도록 하기 때문에, 다양한 영상복원기법에 적용될 수 있는 장점이 있다.In addition, since the Squint-SAR image restoration system itself is controlled in advance so that the raw data converges within a correctable error range, it has the advantage of being applicable to various image restoration techniques.

또한, 오차범위내로 수렴된 원시데이터에 대하여, 회전 리샘플링부, 제2 푸리에변환부, 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부, 및 데이터 역회전부를 이용하여 4차례에 거쳐서 지향각에 의한 영향을 보정함으로써 복원영상의 정확도가 향상된다.In addition, with respect to the raw data converged within the error range, the rotational resampling unit, the second Fourier transform unit, the trajectory characteristic function (Range Cell Migration; RCM) generation unit, and the data reverse rotation unit are used for 4 times by using the orientation angle. By correcting the influence, the accuracy of the restored image is improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템이 탑재되는 항공기의 기하구조로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 지향각 보정부재를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 원시데이터 전처리부에 의해 원시데이터를 회전하는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 운용범위 제어부재를 나타내는 블록도이다.
도 6a는 본 발명의 비교실시예 1에 따른 방위방향거리와 도플러주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 비교실시예 2에 따른 방위방향거리와 도플러주파수 오차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7a는 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 방위방향거리와 도플러주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7b는 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 방위방향거리와 도플러주파수 오차의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 비행고도 및 전파 입사각에 따른 도 5에 도시된 비선형오차 분석부의 거동을 기하구조로 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 항공기 비행고도가 상이한 경우, 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 항공기 전파입사각이 상이한 경우, 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 항공기 전파입사각이 상이한 경우, 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.
도 13은 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 방위방향 반전력 빔폭(Azimuth HPBW, φBW)과 지향각(φ sq )에 따른 도플러주파수 오차(△ku')를 나타내는 그래프이다.
도 14 내지 도 19는 도 13의 (1) 내지 (6)에 각각 해당하는 복원영상을 나타내는 이미지들이다.
도 20은 도 5에 도시된 해상도 분석부에 의해 분석된 결과와 이론적인 성능분석결과를 비교한 그래프이다.
도 21은 도 5에 도시된 해상도 분석부에 의해 분석된 방위방향 해상도를 도시한 그래프이다.
도 22는 도 5에 도시된 운용범위 설정부에 의해 분석된 도플러주파수 오차 및 방위방향 해상도를 도시한 그래프이다.
도 23은 도 22에 도시된 (1) 지점의 복원영상의 거리방향 단면을 나타내는 그래프이다.
도 24는 도 22에 도시된 (1) 지점의 복원영상의 방위방향 단면을 나타내는 그래프이다.
도 25는 도 1에 도시된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법을 나타내는 흐름도이다.
도 26은 도 25의 예비영상을 복원하는 단계를 나타내는 블록도이다.
1 is a block diagram illustrating a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing the geometry of an aircraft on which a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention is mounted.
FIG. 3 is a block diagram illustrating the orientation angle correcting member shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a process of rotating raw data by the raw data preprocessor shown in FIG. 3 .
5 is a block diagram illustrating the operating range control member shown in FIG. 1 .
6A is a graph showing a relationship between an azimuth distance and a Doppler frequency according to Comparative Example 1 of the present invention.
6B is a graph showing a relationship between an azimuth direction distance and a Doppler frequency error according to Comparative Example 2 of the present invention.
7A is a graph illustrating the relationship between the azimuth distance and the Doppler frequency analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 .
FIG. 7B is a graph showing the relationship between the azimuth direction distance and the Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 .
8 is a graph illustrating a synthetic aperture length, a directivity angle, and a Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 .
9A and 9B are diagrams showing geometric structures of the behavior of the nonlinear error analyzer shown in FIG. 5 according to various flight altitudes and radio wave incident angles.
10A and 10B are graphs showing the synthesized aperture length, the orientation angle, and the Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 when the flight altitude of the aircraft is different.
11A and 11B are graphs showing a composite aperture length, a directivity angle, and a Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 when the aircraft radio wave incident angles are different.
12A and 12B are graphs illustrating a composite aperture length, a directivity angle, and a Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 when the aircraft radio wave incident angles are different.
13 is a graph showing the Doppler frequency error (Δk u ') according to the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ) and the beam angle ( φ sq ) analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 .
14 to 19 are images showing reconstructed images respectively corresponding to (1) to (6) of FIG. 13 .
20 is a graph comparing the results analyzed by the resolution analyzer shown in FIG. 5 and the theoretical performance analysis results.
FIG. 21 is a graph illustrating azimuth resolution analyzed by the resolution analyzer shown in FIG. 5 .
22 is a graph illustrating Doppler frequency error and azimuth resolution analyzed by the operating range setting unit shown in FIG. 5 .
23 is a graph showing a cross-section in the distance direction of the reconstructed image of point (1) shown in FIG. 22 .
24 is a graph showing an azimuth cross-section of the reconstructed image of point (1) shown in FIG. 22 .
25 is a flowchart illustrating an image restoration method using the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system shown in FIG. 1 .
FIG. 26 is a block diagram illustrating a step of reconstructing the preliminary image of FIG. 25 .

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged than the actual size for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 안테나부재(110, 120), 파형발생기(150), 분배기(160), 믹서(205), 원시데이터 생성부재(210), 지향각 보정부재(220), 영상복원부(240), 및 운용범위 설정부재(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , the high-resolution image restoration system based on the directional angle SAR includes the antenna members 110 and 120 , the waveform generator 150 , the divider 160 , the mixer 205 , the raw data generating member 210 , and the orientation angle correction. It includes a member 220 , an image restoration unit 240 , and an operating range setting member 300 .

파형발생기(150)는 송신파(2)와 동일한 파형의 신호를 발생시킨다. 본 발명의 실시예에서, 파형발생기(150)는 분배기(160) 및 운용범위 설정부재(300)에 연결되어 운용범위 설정부재(300)에 의해 설정된 주파수특성을 갖는 신호를 생성하여 분배기(160)로 전송한다. 파형발생기(150)는 삼각파, 톱니파, 등의 다양한 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 톱니파는 시간에 따라 주파수가 일정하게 증가하다가 소정의 주기마다 주파수가 초기화되었다가 다시 일정하게 증가하는 파형을 의미한다. 톱니파는 거리에 따른 도플러 주파수를 직접 측정할 수 있어서, 거리에 따른 속도정보를 제공할 수 있다.The waveform generator 150 generates a signal having the same waveform as the transmission wave 2 . In an embodiment of the present invention, the waveform generator 150 is connected to the divider 160 and the operating range setting member 300 to generate a signal having a frequency characteristic set by the operating range setting member 300 to generate the divider 160 . send to The waveform generator 150 may generate various signals such as a triangular wave, a sawtooth wave, and the like. For example, the sawtooth wave refers to a waveform in which the frequency is constantly increased according to time, the frequency is initialized every predetermined period, and then the frequency is increased again. Since the sawtooth wave can directly measure the Doppler frequency according to the distance, it can provide velocity information according to the distance.

분배기(160)는 파형발생기(150), 안테나부재(110, 120)의 송신안테나(110), 및 믹서(Mixer, 205)에 연결된다. 분배기(160)는 파형발생기(150)로부터 발생된 신호를 인가받아 송신안테나(110) 및 믹서(205)에 분배한다.The splitter 160 is connected to the waveform generator 150 , the transmit antennas 110 of the antenna members 110 and 120 , and the mixer 205 . The divider 160 receives the signal generated from the waveform generator 150 and distributes it to the transmitting antenna 110 and the mixer 205 .

안테나부재(110, 120)는 분배기(160)로부터 인가받은 신호를 송신파(2)로 송신하고, 지표면으로부터 반사되는 수신파(4)를 수신한다. 안테나부재(110, 120)는 송신파(2)를 송신하는 송신안테나(110) 및 수신파(4)를 수신하는 수신안테나(120)를 포함한다.The antenna members 110 and 120 transmit a signal received from the distributor 160 as a transmission wave 2 and receive a reception wave 4 reflected from the ground surface. The antenna members 110 and 120 include a transmission antenna 110 for transmitting the transmission wave 2 and a reception antenna 120 for receiving the reception wave 4 .

본 발명의 실시예에서, 송신안테나(110)는 운용범위 설정부재(300)에 연결되어, 운용범위 설정부재(300)의 제어에 의해 지향각(squint angle, Φ sq )이 조절될 수 있다.In the embodiment of the present invention, the transmitting antenna 110 is connected to the operating range setting member 300, the squint angle ( Φ sq ) can be adjusted by the control of the operating range setting member 300 .

믹서(205)는 분배기(160)를 통해서 전달받은 신호와 수신안테나(120)로부터 인가받은 수신파(4)를 혼합하여 원시데이터 생성부재(210)로 전달한다.The mixer 205 mixes the signal transmitted through the divider 160 and the reception wave 4 received from the reception antenna 120 and transmits it to the raw data generating member 210 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템가 탑재된 항공기의 기하구조로 나타내는 도면이다.2 is a diagram showing the geometry of an aircraft equipped with a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention.

도 2에서,

Figure 112020087278895-pat00013
축은 항공기의 진행방향,
Figure 112020087278895-pat00014
은 경사거리방향을 나타내는 것으로 항공기 진행방향에서 목표물 중심(f(xc,yc))으로 향하는 방향으로 항공기의 진행방향(
Figure 112020087278895-pat00015
)에 수직한 방향을 나타낸다.
Figure 112020087278895-pat00016
축,
Figure 112020087278895-pat00017
축,
Figure 112020087278895-pat00018
축은 각각 지표면을 기준으로 하는 직교좌표계에서 항공기의 진행방향(
Figure 112020087278895-pat00019
축), 항공기의 진행방향에 수직하고 지표면에 평행한 방향(
Figure 112020087278895-pat00020
축), 지상으로부터 항공기로부터 향하는 수직방향(
Figure 112020087278895-pat00021
축)을 나타낸다. f(xc,yc)은 지표면 상에서 레이더의 전자파를 반사하는 물체가 존재하는 목표물 중심을 나타내고, uc는 안테나부재(110, 120)가 탑재된 항공기의 실제위치이며, u0는 지향각(Φ sq )이 0°인 경우에 항공기가 위치해야 하는 이상적인 위치이다. Rc는 항공기의 실제위치(uc)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리를 나타내고, R0는 지향각(Φ sq )이 0°인 경우에 항공기의 가상위치(u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리를 나타내며, Rc는 항공기의 실제위치(uc)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리를 나타낸다. Φ BW 는 반전력빔폭을 나타내며, H 0 는 항공기의 비행고도를 나타내고, θ i 는 전파 입사각을 나타낸다.2,
Figure 112020087278895-pat00013
The axis is the direction of the aircraft,
Figure 112020087278895-pat00014
is the direction of the inclination distance, from the direction of the aircraft to the center of the target (f(x c , y c )).
Figure 112020087278895-pat00015
) is the direction perpendicular to the
Figure 112020087278895-pat00016
axis,
Figure 112020087278895-pat00017
axis,
Figure 112020087278895-pat00018
Each axis represents the direction of travel (
Figure 112020087278895-pat00019
axis), the direction perpendicular to the direction of travel of the aircraft and parallel to the ground surface (
Figure 112020087278895-pat00020
axis), the vertical direction from the ground to the aircraft (
Figure 112020087278895-pat00021
axis). f(x c ,y c ) represents the center of the target where an object reflecting electromagnetic waves of the radar exists on the ground surface, u c is the actual position of the aircraft on which the antenna members 110 and 120 are mounted, and u 0 is the orientation angle This is the ideal position where the aircraft should be located if ( Φ sq ) is 0°. R c represents the distance between the actual position of the aircraft (u c ) and the center of the target (f(x c , y c )), and R 0 is the virtual position ( represents the distance between u 0 ) and the center of the target (f(x c ,y c )), and Rc represents the distance between the actual position of the aircraft (u c ) and the center of the target (f(x c ,y c )) . Φ BW represents the reverse force beam width, H 0 represents the flight altitude of the aircraft, and θ i represents the radio wave incident angle.

본 발명의 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 항공기에 실린 상태에서

Figure 112020087278895-pat00022
방향으로 이동한다. 조사 대상이 되는 목표물 중심 f(xc, yc)은 지표면상(zc=0)에 위치한다.A directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention is carried out in a state of being mounted on an aircraft.
Figure 112020087278895-pat00022
move in the direction The target center f(x c , y c ) to be investigated is located on the earth's surface (z c = 0).

도 1 및 도 2를 참조하면, 원시데이터 생성부재(210)는 믹서(205)로부터 인가받은 신호로부터 수신안테나(120)와 지표면의 목표물 중심 f(xc, yc)과의 거리를 측정하여 목표물 중심 f(xc, yc)의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성한다.1 and 2 , the raw data generating member 210 measures the distance between the receiving antenna 120 and the target center f(x c , y c ) of the ground surface from the signal received from the mixer 205, Generate raw data indicating the position of the target center f(x c , y c ).

예를 들어, 목표물 중심은 합성개구면 내의 각 화소들(xi,yj)에 대응되며, 원시데이터 생성부재(210)는 합성개구면 내의 각 화소들(xi,yj)에 대응되는 원시데이터를 생성할 수 있다.For example, the target center corresponds to each of the pixels (x i , y j ) in the composite aperture, and the raw data generating member 210 corresponds to each of the pixels (x i , y j ) in the composite aperture. You can create raw data.

원시데이터는 항공기에 의해 측정된 FMCW-SAR(Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar) 데이터(s(t,u))일 수 있다. 원시데이터(s(t,u))는 시간(t)과 항공기에 탑재된 안테나 부재(110, 120)의 위치(u)의 변수로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 원시데이터(s(t,u))는 샘플링 시간(t), 중심주파수(f0), 변조율(Kr), 안테나 부재(110, 120)의 위치(u), 목표물 지연시간(τ), 신호세기 성분 등에 관한 익스포넨셜 함수의 형태로 나타낸 수도 있다(대한민국 등록특허 제10-2090318호).The raw data may be Frequency Modulated Continuous Wave - Synthetic Aperture Radar (FMCW-SAR) data (s(t,u)) measured by the aircraft. The raw data s(t, u) may be expressed as a variable of time t and the position u of the antenna members 110 and 120 mounted on the aircraft. For example, the raw data (s(t,u)) includes a sampling time (t), a center frequency (f 0 ), a modulation rate (K r ), a position (u) of the antenna members 110 and 120, and a target delay. It may also be expressed in the form of an exponential function related to time (τ), signal strength components, etc. (Republic of Korea Patent Registration No. 10-2090318).

[식 1]은 수신신호를 나타내는 FMCW 신호기반 지향각 SAR 수신신호모델을 나타낸다.[Equation 1] shows the FMCW signal-based directional angle SAR received signal model representing the received signal.

[식 1][Equation 1]

Figure 112020087278895-pat00023
Figure 112020087278895-pat00023

[식 1]에서, S0(t)는 수신신호데이터를 시간(t)의 함수로 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, Kr은 변조율을 나타낸다.In [Equation 1], S 0 (t) represents the received signal data as a function of time (t), f 0 represents the center frequency, and K r represents the modulation rate.

[식 1]을 기준신호로하여 항공기에 탑재된 안테나 부재(110, 120)의 위치(u)에 따른 목표물 지연시간(τ0(u))을 적용하면 수신신호(Sr)는 [식 2]와 같이 시간(t)과 위치(u)의 함수로 나타낼 수 있다.Using [Equation 1] as a reference signal and applying the target delay time τ 0 (u) according to the position (u) of the antenna members 110 and 120 mounted on the aircraft, the received signal S r is [Equation 2] ], it can be expressed as a function of time (t) and position (u).

[식 2][Equation 2]

Figure 112020087278895-pat00024
Figure 112020087278895-pat00024

또한, 신호처리를 위해 시간(t)에 지연시간(d)을 적용하여 '지연된 주파수 변조(delayed de-chirp)'를 적용하면 기준신호(Sd)는 [식 3]과 같이 시간(t)의 함수로 나타낼 수 있다.In addition, when 'delayed de-chirp' is applied by applying a delay time (d) to time (t) for signal processing, the reference signal (S d ) is time (t) as in [Equation 3] can be expressed as a function of

[식 3][Equation 3]

Figure 112020087278895-pat00025
Figure 112020087278895-pat00025

[식 2]와 [식 3]을 이용하여 수신신호에 주파수하향변환(frequency down conversion)을 적용하면 [식 4]와 같이 나타낼 수 있다.If frequency down conversion is applied to the received signal using [Equation 2] and [Equation 3], it can be expressed as [Equation 4].

[식 4][Equation 4]

Figure 112020087278895-pat00026
Figure 112020087278895-pat00026

[식 5]는 [식 4]의 '지연된 주파수 변조(delayed de-chirp)'가 적용된 목표물 지연시간(τ(u))을 나타낸다.[Equation 5] represents the target delay time τ(u) to which the 'delayed de-chirp' of [Equation 4] is applied.

[식 5][Equation 5]

Figure 112020087278895-pat00027
Figure 112020087278895-pat00027

[식 4]는 비트주파수(beat frequency) 성분을 포함한 시간영역 수신신호모델로서, 원시데이터 생성부재(210)에 의해 생성된 원시데이터(s(t,u))를 나타낸다.[Equation 4] represents the raw data (s(t, u)) generated by the raw data generating member 210 as a time domain received signal model including a beat frequency component.

지향각 보정부재(220)는 원시데이터 생성부재(210)로부터 원시데이터를 전달받아 지향각으로 인한 오류를 보정한다. 본 실시예에서, 지향각 보정부재(220)는 원시데이터 생성부재(210)에 연결되어, 원시데이터(s(t,u))를 지향각(φ sq )만큼 회전된 거리-도플러 주파수 영역 상의 제3 보정 원시데이터(s'(f,ku'))로 변경하고 보정 제3 보정 원시데이터(s'(f,ku'))를 항공기의 이동에 따른 변위를 지향각(φ sq )만큼 회전된 상태로 보상한다. 이하, 지향각 보정부재(220)를 상세히 설명한다.The orientation angle correcting member 220 receives the raw data from the raw data generating member 210 and corrects an error due to the orientation angle. In this embodiment, the orientation angle correcting member 220 is connected to the raw data generating member 210, and the raw data s(t, u) is rotated by the orientation angle φ sq on the distance-Doppler frequency domain. Change the third corrected raw data (s'(f,k u ')) and change the corrected third corrected raw data (s'(f,k u ')) to the displacement according to the movement of the aircraft, the orientation angle ( φ sq ) It is compensated in the state rotated as much as possible. Hereinafter, the directivity angle correcting member 220 will be described in detail.

도 3은 도 1에 도시된 지향각 보정부재를 나타내는 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating the orientation angle correcting member shown in FIG. 1 .

도 3에서, t는 시간을 나타내며, u는 항공기 진행방향에 따른 안테나부재(110, 120)의 위치를 나타내고, s(t,u)는 원시데이터 생성부재(210)에 의해 생성된 원시데이터를 나타내며, f는 주파수(또는 비트주파수)를 나타내고, SBB(f,u)는 베이스밴드 변환(Baseband Conversion)을 나타내는 것으로 원시데이터(s(t,u))를 시간(t)에 대해 푸리에 변환한 데이터에 대해 일종의 정합필터(matched filter)의 관계를 가지고, u'는 항공기 진행방향에 따른 안테나부재(110, 120)를 좌표(u)를 원시데이터 회전 리샘플링부(227)에 의해 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(

Figure 112020087278895-pat00028
') 상의 위치를 나타내며, s(f,u')는 회전 리샘플링부(227)에 의해 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(
Figure 112020087278895-pat00029
') 상으로 투영된 제1 보정 원시데이터를 나타내고, ku'은 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각(Φ sq)만큼 회전된 도플러 주파수를 나타내며, s(f,k'u)는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역으로 투영된 회전된 제2 보정 원시데이터를 나타내고, s'(f,k'u)는 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부(231)에 의해 생성된 제3 보정 원시데이터를 나타내며, S'M(f,k'u)은 제3 보정 원시데이터(s'(f,k'u))에 대응되는 정합필터(matched filter)를 나타내며, f'(x,y)는 (x,y)위치에서의 각 화소별로 보정된 제4 보정 데이터를 나타내며, fc(x,y)는 데이터 역회전부(237)에 의해 제4 보정 데이터(f'(x,y))를 지향각(Φ sq )만큼 역회전시켜서 생성되는 복원된 예비영상 데이터 또는 복원된 최종영상 데이터를 나타낸다. 예비영상 데이터는 안정영역(도 22의 c)내의 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 구하는 과정에서 예비적으로 복원되는 영상을 위한 데이터를 의미하고, 최종영상 데이터는 안정영역(도 22의 c)내의 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 구한 이후에 최종적으로 복원되는 영상을 위한 데이터를 의미한다. 이하, '복원영상' 이라고 하면, 예비영상 및 최종영상 중의 어느 하나를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.In FIG. 3 , t represents time, u represents the positions of the antenna members 110 and 120 according to the traveling direction of the aircraft, and s(t, u) represents the raw data generated by the raw data generating member 210. where f represents frequency (or bit frequency), S BB (f,u) represents baseband conversion, and Fourier transforms raw data (s(t,u)) with respect to time (t) For one data, it has a relation of a kind of matched filter, u' is the coordinates (u) of the antenna members 110 and 120 according to the traveling direction of the aircraft by the raw data rotation resampling unit 227. The coordinate system rotated by Φ sq (
Figure 112020087278895-pat00028
') represents the position on the image, and s(f,u') is the coordinate system rotated by the orientation angle Φ sq by the rotation resampling unit 227 (
Figure 112020087278895-pat00029
') represents the first corrected raw data projected onto the image, k u ' represents the Doppler frequency rotated by the orientation angle Φ sq on the Fourier-transformed distance-Doppler domain, and s(f,k' u ) is the Fourier transform represents the rotated second corrected raw data projected to the transformed distance-Doppler region, and s'(f,k' u ) is the third generated by the Range Cell Migration (RCM) generator 231 . Represents the corrected raw data, S' M (f,k' u ) represents a matched filter corresponding to the third corrected raw data (s'(f,k' u )), f'(x, y) denotes the fourth correction data corrected for each pixel at the (x,y) position, and f c (x,y) denotes the fourth correction data (f'(x,y) by the data reverse rotation unit 237 . ))) is reversely rotated by the orientation angle ( Φ sq ) to indicate the restored preliminary image data or the restored final image data. Preliminary image data means data for an image that is preliminarily reconstructed in the process of obtaining an orientation angle ( φ sq ) and an azimuth reverse power beam width (φ BW ) within the stable region (c in FIG. 22), and the final image data is It means data for an image that is finally reconstructed after obtaining the directional angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) in the stable region (c in FIG. 22 ). Hereinafter, the word 'reconstructed image' may be interpreted as meaning any one of a preliminary image and a final image.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 지향각 보정부재(220)는 제1 푸리에 변환부(221), 원시데이터 전처리부(223), 제2 푸리에 변환부(229), 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부(231), 제2 데이터 혼합부(233), 푸리에 역변환부(235), 및 데이터 역회전부(237)를 포함한다.1 to 3 , the orientation angle correcting member 220 includes a first Fourier transform unit 221 , a raw data preprocessor 223 , a second Fourier transform unit 229 , and a trajectory characteristic function (Range Cell Migration). ; RCM) includes a generator 231 , a second data mixing unit 233 , an inverse Fourier transform unit 235 , and an inverse data rotation unit 237 .

제1 푸리에 변환부(221)는 원시데이터생성부(210)로부터 인가받은 원시데이터(s(t,u))에 시간(t)에 대한 1차 푸리에 변환(Fourier Transformation)을 수행하여 제1 푸리에 변환 데이터(s(f,u))를 생성한다.The first Fourier transform unit 221 performs a first Fourier transform with respect to time t on the raw data s(t, u) received from the raw data generator 210 to perform a first Fourier transform Transform data (s(f, u)) is generated.

도 4는 도 3에 도시된 원시데이터 전처리부에 의해 원시데이터를 회전하는 과정을 나타내는 개념도이다.FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a process of rotating raw data by the raw data preprocessor shown in FIG. 3 .

도 2 및 도 4에서,

Figure 112020087278895-pat00030
축은 지표면을 기준으로 하는 직교좌표계에서 항공기의 진행방향을 나타내는 것으로
Figure 112020087278895-pat00031
축으로 표시되는 항공기의 진행방향과 동일하다.
Figure 112020087278895-pat00032
은 경사거리방향을 나타내는 것으로 항공기 진행방향에서 목표물 중심(f(xc,yc))으로 향하는 방향을 나타내며, 항공기의 진행방향(
Figure 112020087278895-pat00033
)에 수직한 방향을 나타낸다. (xc,yc)는 목표물 중심의 좌표를 나타낸다.
Figure 112020087278895-pat00034
는 전파진행방향의 벡터성분을 나타내며,
Figure 112020087278895-pat00035
는 안테나부재(110, 120)가 탑재된 항공기 진행방향의 벡터성분을 나타내며,
Figure 112020087278895-pat00036
는 항공기 진행방향의 벡터(
Figure 112020087278895-pat00037
)를 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 벡터성분을 나타내며,
Figure 112020087278895-pat00038
는 전파진행방향의 벡터(
Figure 112020087278895-pat00039
)를 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 벡터성분을 나타낸다. u0는 지향각오류가 없는 경우에 항공기가 위치하는 이상적인 위치를 나타내며, uc는 안테나부재(110,120)가 탑재된 항공기의 실제 위치를 나타내며, Rc는 항공기의 실제위치(uc)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리를 나타낸다.2 and 4,
Figure 112020087278895-pat00030
The axis represents the direction of travel of the aircraft in the Cartesian coordinate system with respect to the earth's surface.
Figure 112020087278895-pat00031
It is the same as the direction of travel of the aircraft indicated by the axis.
Figure 112020087278895-pat00032
denotes the direction of the inclination distance, indicating the direction from the aircraft's moving direction to the target center (f(x c ,y c )), and the aircraft's moving direction (
Figure 112020087278895-pat00033
) is the direction perpendicular to the (x c ,y c ) represents the coordinates of the target center.
Figure 112020087278895-pat00034
represents the vector component of the propagation direction,
Figure 112020087278895-pat00035
represents the vector component of the traveling direction of the aircraft on which the antenna members 110 and 120 are mounted,
Figure 112020087278895-pat00036
is the vector of the aircraft's travel direction (
Figure 112020087278895-pat00037
) represents the vector component rotated by the orientation angle ( Φ sq ),
Figure 112020087278895-pat00038
is the vector of the propagation direction (
Figure 112020087278895-pat00039
) represents the vector component rotated by the orientation angle ( Φ sq ). u 0 represents the ideal position where the aircraft is located when there is no orientation angle error, u c represents the actual location of the aircraft equipped with the antenna members 110 and 120, and Rc is the actual position of the aircraft (u c ) and the center of the target. It represents the distance between (f(x c ,y c )).

도 4에서, '(1) zero-squint'는 지향각(Φ sq)이 0°인 경우의 거리방정식(range cell migration; RCM) 기준궤적'을 나타내며, '(2) squint (skewed grid)'는 전파진행방향(

Figure 112020087278895-pat00040
)을 고려하여 비틀린 좌표로 표현된 항공기 이동에 따른 거리방정식(range cell migration; RCM) 기준궤적을 나타내고, '(3) squint (rotated grid)'는 목표물 중심(R0, yc)을 기준으로 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표정보와 RCM 궤적을 나타낸다.In FIG. 4, '(1) zero-squint' represents a range cell migration (RCM) reference trajectory when the directivity angle ( Φ sq ) is 0°, and '(2) squint (skewed grid)' is the propagation direction (
Figure 112020087278895-pat00040
), the range cell migration (RCM) reference trajectory according to the aircraft movement expressed in twisted coordinates is shown, and '(3) squint (rotated grid)' is based on the target center (R 0 , y c ). Coordinate information and RCM trajectory rotated by the orientation angle ( Φ sq ) are shown.

원시데이터 전처리부(223)는 제1 푸리에 변환부(221)에 의해 1차 푸리에 변환 데이터(s(f,u))를 지향각(Φ sq)만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 생성한다.The raw data preprocessor 223 rotates the first Fourier transform data s(f, u) by the orientation angle Φ sq by the first Fourier transform unit 221 to rotate the first corrected raw data s(f) ,u')).

구체적으로, 원시데이터 전처리부(223)는 제1 데이터 혼합부(225), 및 회전 리샘플링부(227)를 포함한다.Specifically, the raw data preprocessor 223 includes a first data mixing unit 225 and a rotation resampling unit 227 .

제1 데이터 혼합부(225)는 1차 푸리에 변환된 데이터에 베이스밴드 변환(Baseband Conversion) 필터(SBB (f,u))를 곱하여 1차 혼합기능을 수행하여 제1 혼합 데이터를 생성한다. 베이스밴드 변환 필터(SBB (f,u))는 1차 푸리에 변환한 데이터에 대해 일종의 정합필터(matched filter)의 관계를 갖는다.The first data mixing unit 225 performs a first-order mixing function by multiplying the first-order Fourier-transformed data by a baseband conversion filter (S BB (f, u)) to generate first mixed data. The baseband transform filter S BB (f, u) has a kind of matched filter relation with respect to the first-order Fourier transform data.

회전 리샘플링부(227)는 제1 데이터 혼합부(225)에 의해 1차 혼합된 제1 혼합데이터를 지향각(Φ sq)만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 생성한다. 이하, 회전 리샘플링부(227)의 기능을 구체적으로 설명한다.The rotation resampling unit 227 rotates the first mixed data first mixed by the first data mixing unit 225 by the orientation angle Φ sq to generate the first corrected raw data (s(f, u')) create Hereinafter, the function of the rotation resampling unit 227 will be described in detail.

도 4의 '(3) squint (rotated grid)'는 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표정보(R',u')에 대응되며, 회전 리샘플링부(227)는 하기의 [식 6]을 이용하여 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표정보(R',u')에 대응는 지향각 SAR 거리방정식(R'(u'))으로 나타낼 수 있다.'(3) squint (rotated grid)' of FIG. 4 corresponds to the coordinate information (R',u') rotated by the orientation angle Φ sq , and the rotation resampling unit 227 expresses the following [Equation 6] Corresponding to the coordinate information (R',u') rotated by the orientation angle ( Φ sq ) by using it can be expressed by the orientation angle SAR distance equation (R'(u')).

[식 6][Equation 6]

Figure 112020087278895-pat00041
Figure 112020087278895-pat00041

[식 6]에서 A(u'), 및 u'는 하기의 [식 7] 및 [식 8]과 같이 나타낼 수 있다.In [Equation 6], A(u'), and u' may be represented as in [Equation 7] and [Equation 8] below.

[식 7][Equation 7]

Figure 112020087278895-pat00042
Figure 112020087278895-pat00042

[식 8][Equation 8]

Figure 112020087278895-pat00043
Figure 112020087278895-pat00043

[식 6]은 지향각(Φ sq)이 0°가 아닌 경우의 지향각 SAR 거리방정식(R'(u'))을 나타내는 것으로, 지향각(Φ sq)을 0°으로 대입하면 [식 5]와 같은 식이 됨을 알 수 있다.[Equation 6] shows the directivity angle SAR distance equation (R'(u')) when the directivity angle ( Φ sq ) is not 0°. ] can be seen as the same expression.

회전 리샘플링부(227)는 [식 6]의 지향각 SAR 거리방정식(R'(u'))을 하기의 [식 9]에 적용하여 1차 혼합된 데이터를 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 생성한다.The rotation resampling unit 227 applies the directivity angle SAR distance equation (R'(u')) of [Equation 6] to the following [Equation 9] to rotate the primary mixed data by the directivity angle ( Φ sq ). The first corrected raw data s(f, u') is generated.

[식 9][Equation 9]

Figure 112020087278895-pat00044
Figure 112020087278895-pat00044

[식 8]에서, f는 주파수를 나타내고, u'는 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(

Figure 112020087278895-pat00045
') 상의 안테나 부재(110, 120) 위치를 나타내며, τ'은 목표물 지연시간을 나타내며, R'(u')는 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(
Figure 112020087278895-pat00046
') 상의 안테나부재(110, 120)의 위치(u')를 변수로 하는 궤적 특성함수를 나타낸다. 궤적 특성함수는 후술될 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부(231)에 관한 설명에서 상술한다.In [Equation 8], f represents the frequency, and u' is the coordinate system rotated by the orientation angle ( Φ sq ) (
Figure 112020087278895-pat00045
') represents the position of the antenna members 110 and 120 on
Figure 112020087278895-pat00046
') represents a trajectory characteristic function with the position (u') of the antenna members 110 and 120 on it as a variable. The trajectory characteristic function will be described in detail in the description of the trajectory characteristic function (Range Cell Migration; RCM) generator 231, which will be described later.

도 3 및 [식 9]을 참조하면, 제2 푸리에 변환부(229)는 회전 리샘플링부(227)에 의해 지향각(Φ sq)만큼 회전된 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 인가받아, 지향각(Φ sq)만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수(u')에 대한 푸리에 변환(Fourier Transformation)을 수행하여 제2 보정 원시데이터(s(f,k'u))를 생성한다.3 and [Equation 9], the second Fourier transform unit 229 is the first corrected raw data rotated by the orientation angle Φ sq by the rotation resampling unit 227 (s(f, u') ) is applied, and the second corrected raw data (s(f,k' u )) is obtained by performing Fourier transformation on the aircraft position variable (u') on the coordinate system rotated by the orientation angle ( Φ sq ). create

제2 푸리에 변환부(229)에 의해 변환된 데이터는 지향각(Φ sq)만큼 회전된 거리-도플러(Range-Doppler) 영역 내의 회전된 제2 보정 원시데이터(s(f,k'u)가 된다. 지향각(Φ sq)만큼 회전된 거리-도플러(Range-Doppler) 영역 내의 회전된 제2 보정 원시데이터(s(f,k'u)는 주파수(f) 및 지향각(Φ sq)만큼 회전된 도플러 주파수(k'u)의 함수로 나타낼 수 있다.The data transformed by the second Fourier transform unit 229 is the rotated second corrected raw data s(f,k' u ) in the Range-Doppler region rotated by the orientation angle Φ sq . The rotated second corrected raw data s(f,k' u ) in the Range-Doppler region rotated by the orientation angle Φ sq is calculated by the frequency f and the orientation angle Φ sq . It can be expressed as a function of the rotated Doppler frequency (k' u ).

전술한 [식 6]의 궤적 특성함수(R'(u'))를 거리-도플러(Range-Doppler) 영역 내의 보정 궤적 특성함수(R'(ku'))로 변환하기 위하여, [식 10]를 이용하여 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(

Figure 112020087278895-pat00047
') 상의 안테나 부재(110, 120) 위치(u')를 거리-도플러(Range-Doppler) 영역 내에서 지향각(Φ sq)만큼 회전된 도플러 주파수(ku')로 변환한다. 이론에 의해 본 발명의 권리범위를 제한하려는 것은 아니지만, [식 10]는 [식 4]에 [식 6] 내지 [식 8]을 대입한 푸리에변환 적분식을 나타내며, 정지위상근사법(Principle of Stationary Phase; POSP)을 이용한다. 다른 실시예에서, 다양한 수치적 분석기법(예, interpolation, curve-fitting, re-sampling 등)이 사용될 수도 있다.[ Equation 10 The coordinate system rotated by the orientation angle ( Φ sq ) using
Figure 112020087278895-pat00047
') of the antenna members 110 and 120 on the position (u') is converted into a Doppler frequency (k u ') rotated by a beam angle Φ sq in a Range-Doppler region. Although it is not intended to limit the scope of the present invention by theory, [Equation 10] represents a Fourier transform integral expression by substituting [Equation 6] to [Equation 8] in [Equation 4], Phase; POSP) is used. In another embodiment, various numerical analysis techniques (eg, interpolation, curve-fitting, re-sampling, etc.) may be used.

[식 10][Equation 10]

Figure 112020087278895-pat00048
Figure 112020087278895-pat00048

정지위상근사법에 따르면, [식 10]의 위상함수를 미분한 값이 '0'이 되는 조건식인 [식 11]을 풀이하여 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(

Figure 112020087278895-pat00049
') 상의 안테나 부재(110, 120) 위치(u', 방위방향샘플)과 도플러주파수(Ku')의 관계식인 [식 12]을구할 수 있다. 본 실시예에서, [식 10]에서 위상함수의 2차항(τ'2(u'))은 잔류 비디오 위상(Residual Video Phase; RVP) 필터과정으로 제거될 수 있으며, 그 값이 작아서 영상복원과정에서 무시될 수도 있다.According to the stationary phase approximation method, the coordinate system (
Figure 112020087278895-pat00049
[Equation 12], which is a relational expression between the position (u', azimuth sample) of the antenna members 110 and 120 on ') and the Doppler frequency (Ku'), can be obtained. In this embodiment, the quadratic term (τ' 2 (u')) of the phase function in [Equation 10] can be removed by a residual video phase (RVP) filter process, and its value is small, so the image restoration process may be ignored in

[식 11][Equation 11]

Figure 112020087278895-pat00050
Figure 112020087278895-pat00050

본 발명의 실시예에서, 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(

Figure 112020087278895-pat00051
')와 거리방정식(R'(u'))을 적용한 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템에 최적화된 방위방향샘플(u')과 도플러주파수(Ku')의 관계식은 [식 12]과 같이 나타낸다.In an embodiment of the present invention, the coordinate system rotated by the orientation angle Φ sq (
Figure 112020087278895-pat00051
') and the distance equation (R'(u')) are applied to the azimuth direction sample (u') and the Doppler frequency (K u ') optimized for the SAR-based high-resolution image restoration system, as shown in [Equation 12]. indicates.

[식 12][Equation 12]

Figure 112020087278895-pat00052
Figure 112020087278895-pat00052

궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부(231)는 [식 12] 및 [식 13]를 이용하여 거리-도플러 영역 상의 회전된 제2 보정 원시데이터(s(f,ku'))에서 지향각(Φ sq)만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수(u')에 따른 변위를 보상하여 제3 보정 원시데이터를(s'(f,ku'))를 생성한다.The range cell migration (RCM) generator 231 uses [Equation 12] and [Equation 13] to rotate the second corrected raw data on the distance-Doppler region (s(f,k u ')) The third corrected raw data (s'(f,k u ')) is generated by compensating for the displacement according to the aircraft position variable (u') on the coordinate system rotated by the orientation angle ( Φ sq ).

[식 13][Equation 13]

Figure 112020087278895-pat00053
Figure 112020087278895-pat00053

[식 13]에서, A(Ku') 및 B는 하기의 [식 14]과 같다.In [Equation 13], A(Ku') and B are the same as [Equation 14] below.

[식 14][Equation 14]

Figure 112020087278895-pat00054
Figure 112020087278895-pat00054

일 실시예에서, 궤적 특성함수 생성부(231)는 [식 15]을 이용하여 지향각(Φ sq)만큼 회전된 거리차(△R')만큼 궤적 특성함수를 보정하는 기능을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the trajectory characteristic function generator 231 may further include a function of correcting the trajectory characteristic function by the distance difference ΔR' rotated by the orientation angle Φ sq using [Equation 15]. have.

[식 15][Equation 15]

Figure 112020087278895-pat00055
Figure 112020087278895-pat00055

[식 13] 및 [식 15]에서, ku'은 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각(Φ sq)만큼 회전된 도플러 주파수를 나타내며, u'는 항공기 진행방향에 따른 안테나부재(110, 120)를 좌표(u)를 회전 리샘플링부(227)에 의해 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계 상의 위치를 나타내며, A(ku') 및 A(u')는 각각 [식 14] 및 [식 7]을 나타내고, R'(u')는 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계(

Figure 112020087278895-pat00056
') 상의 안테나부재(110, 120)의 위치(u')를 변수로 하는 궤적 특성함수를 나타내며, R'(ku')는 거리-도플러(Range-Doppler) 영역 내의 보정된 궤적 특성함수를 나타내고, R0는 지향각(Φ sq)만큼 회전시킨 좌표계 내에서 중심거리를 나타낸다.In [Equation 13] and [Equation 15], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the orientation angle Φ sq on the Fourier transformed distance-Doppler domain, and u' is the antenna member 110, 120) represents the position on the coordinate system in which the coordinates u are rotated by the orientation angle Φ sq by the rotation resampling unit 227, and A(k u ') and A(u') are respectively [Equation 14] and [Equation 7] is shown, and R'(u') is a coordinate system rotated by an orientation angle ( Φ sq ) (
Figure 112020087278895-pat00056
') represents a trajectory characteristic function using the position ( u ') of the antenna members 110 and 120 on and R 0 represents the center distance within the coordinate system rotated by the orientation angle ( Φ sq ).

전술한 바와 같이, 궤적 특성함수 생성부(231)는 제2 보정 원시데이터(s(f,ku'))로부터 전술한 [식 13] 및 [식 15]을 이용하여 항공기 이동량에 따른 변위를 보상하여 제3 보정 원시데이터(s'(f,ku'))를 생성한다.As described above, the trajectory characteristic function generator 231 calculates the displacement according to the amount of movement of the aircraft from the second corrected raw data s(f,k u ') using [Equation 13] and [Equation 15] described above. By compensating, the third corrected raw data s'(f,k u ') is generated.

제2 데이터 혼합부(233)는 궤적 특성함수 생성부(231)에 의해 항공기 이동량에 따른 변위가 보상된 거리-도플러 영역 상의 제3 보정 원시데이터(s'(f,ku'))에 정합필터(SM'(f,ku'))를 곱한다.The second data mixing unit 233 is matched with the third corrected raw data s'(f,k u ') on the distance-Doppler region in which the displacement according to the amount of movement of the aircraft is compensated by the trajectory characteristic function generating unit 231 . Multiply by filter (S M '(f,k u ')).

푸리에 역변환부(235)는 제2 데이터 혼합부(233)에 의해 혼합된 거리-도플러 영역 상의 제3 보정 원시데이터(s'(f,ku'))와 정합필터(SM'(f,ku'))가 곱하여 생성된 제2 혼합 데이터를 지향각(Φ sq)만큼 회전된 도플러 주파수(ku')로 역변환하여, 지표면 상의 좌표(x,y)에 따른 제4 보정 데이터(f'(x,y))를 생성한다.The inverse Fourier transform unit 235 includes the third corrected raw data s'(f,k u ') on the distance-Doppler region mixed by the second data mixing unit 233 and the matched filter S M '(f, k u '))), the generated second mixed data is inversely transformed into a Doppler frequency (k u ') rotated by the orientation angle ( Φ sq ), and the fourth correction data (f) according to the coordinates (x,y) on the earth's surface '(x,y)) is created.

데이터 역회전부(237)는 제4 보정 데이터(f'(x,y))를 지향각(Φ sq )만큼 역회전시켜서 복원영상 데이터(fc(x,y))를 생성한다. 본 발명의 실시예에서, 복원영상 데이터(fc(x,y))는 합성개구면 상의 각 화소의 좌표(x,y) 대한 영상데이터일 수 있다.The data reverse rotation unit 237 reversely rotates the fourth correction data f'(x,y) by the orientation angle Φ sq to generate the restored image data f c (x,y). In an embodiment of the present invention, the restored image data f c (x, y) may be image data for the coordinates (x, y) of each pixel on the composite aperture.

영상복원부(240)는 후술될 운용범위 제어부재(300)에 의해 설정된 지향각(Φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(Φ BW )에 의한 가상의 목표물 중심에 관한 각 화소별 복원영상 데이터를 합성개구면 상의 예비영상으로 복원하거나, 운용범위 제어부재(300)에 의해 설정된 안정영역(도 22의 'c') 내의 지향각(Φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(Φ BW )을 이용하여 실제 지형을 스캔한 각 화소별 복원영상 데이터를 조합하여 합성개구면 상의 최종영상으로 복원할 수 있다.The image restoration unit 240 restores image data for each pixel about the virtual target center by the directivity angle ( Φ sq ) and the azimuth reverse force beam width ( Φ BW ) set by the operating range control member 300 to be described later. Restoring it as a preliminary image on the composite aperture, or using the orientation angle ( Φ sq ) and the azimuth reverse force beam width ( Φ BW ) in the stable region ('c' in FIG. 22) set by the operating range control member 300 It is possible to restore the final image on the composite aperture by combining the reconstructed image data for each pixel that has been scanned for the real terrain.

운용범위 제어부재(300)는 안테나부재(110, 120), 파형발생기(150), 지향각 보정부재(220), 및 영상복원부(240)에 연결되어, 원시데이터가 보정가능한 범위내에 수렴하도록 안테나부재(110, 120) 및 지향각 보정부재(220)를 제어한다.The operating range control member 300 is connected to the antenna members 110 and 120, the waveform generator 150, the directivity angle correction member 220, and the image restoration unit 240 so that the raw data converge within a correctable range. The antenna members 110 and 120 and the directivity angle correction member 220 are controlled.

도 5는 도 1에 도시된 운용범위 제어부재를 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram illustrating the operating range control member shown in FIG. 1 .

도 1 및 도 5를 참조하면, 운용범위 제어부재(300)는 비선형오차 분석부(310), 해상도 분석부(320), 및 운용범위 설정부(330)를 보함한다.1 and 5 , the operating range control unit 300 includes a nonlinear error analysis unit 310 , a resolution analysis unit 320 , and an operating range setting unit 330 .

비선형오차 분석부(310)는 합성개구면 유효길이(도 2의 L)에 따라 [식 12]의 도플러주파수(ku')의 비선형특성을 분석하여, 원시데이터가 기설정된 오차범위 내에 들어오도록 지향각(φ sq ), 방위방향 반전력빔폭(φBW), 최대오차 지향각, 최대오차 반전력빔폭, 합성개구면 유효길이(도 2의 L) 등의 변수를 1차적으로 결정한다. 최대오차 지향각은 도플러주파수 오차(△ku')가 최대값을 갖는 지향각(φ sq )을 의미하며, 최대오차 반전력빔폭은 도플러주파수 오차(△ku')가 최대값을 갖는 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 나타내는 것으로 도 13을 참조하여 후술한다.The nonlinear error analysis unit 310 analyzes the nonlinear characteristic of the Doppler frequency (k u ') of [Equation 12] according to the effective length of the synthetic aperture (L in FIG. 2) so that the raw data come within a preset error range. Variables such as the directivity angle ( ϕ sq ), the azimuth direction reversal force beam width (ϕ BW ), the maximum error directivity angle, the maximum error reversal force beam width, and the combined aperture effective length (L in FIG. 2 ) are primarily determined. The maximum error directivity angle means the directivity angle ( φ sq ) at which the Doppler frequency error (Δk u ') has the maximum value, and the maximum error reversal power beam width is the direction in which the Doppler frequency error (Δk u ') has the maximum value. The direction reversal force beam width (φ BW ) will be described later with reference to FIG. 13 .

일 실시예에서, 비선형오차 분석부(310)는 [식 16]를 이용하여 합성개구면 유효길이(도 2의 L)과 안테나 반전력빔폭(φBW), 비행고도(H0), 전파 입사각(θi), 중심주파수(f0) 등의 변수를 결정할 수도 있다.In one embodiment, the nonlinear error analysis unit 310 uses [Equation 16] to determine the effective length of the composite aperture (L in FIG. 2), the antenna reverse power beam width (φ BW ), the flight altitude (H 0 ), and the radio wave incident angle. Variables such as (θ i ) and center frequency (f 0 ) may be determined.

[식 16][Equation 16]

Figure 112020087278895-pat00057
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구체적으로, 비선형오차 분석부(310)는 다양한 반전력빔폭에서 안테나부재(110, 120)로부터 목표물 중심(f(xc,yc))을 바라보는 관측각(φ)을 고려한 방위방향거리(azimuth, u')에 따른 도플러주파수 오차(△ku')를 분석하여, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않는 지향각(φ sq ), 방위방향 반전력빔폭(φBW), 최대오차 지향각, 최대오차 반전력빔폭, 합성개구면 유효길이(L), 중심주파수(f0) 등의 범위를 결정한다. 임계값은 기설정된 값을 비선형오차 분석부(310)에 입력하거나, 비선형오차 분석부(310)가 영상복원부(240)에 의해 복원된 복원영상을 이용하여 임계값을 설정할 수도 있다.Specifically, the nonlinear error analysis unit 310 is an azimuth direction distance ( By analyzing the Doppler frequency error (Δk u ') according to azimuth, u'), the orientation angle ( φ sq ) at which the Doppler frequency error (Δk u ') does not exceed the threshold value, the azimuth reverse force beam width (φ BW ) ), the maximum error direction angle, the maximum error half-power beam width, the effective length of the composite aperture (L), and the center frequency (f 0 ) are determined. The threshold value may be set by inputting a preset value to the nonlinear error analysis unit 310 or the nonlinear error analysis unit 310 using the restored image restored by the image restoration unit 240 to set the threshold value.

예를 들어, 비선형오차 분석부(310)는 하기의 [식 17]과 같이 RMS(Root Mean Square)방식을 이용하여 도플러주파수 오차(△ku')를 분석할 수 있다.For example, the nonlinear error analyzer 310 may analyze the Doppler frequency error (Δk u ') using a root mean square (RMS) method as shown in [Equation 17] below.

[식 17][Equation 17]

Figure 112020087278895-pat00058
Figure 112020087278895-pat00058

[식 17]에서, N은 합성개구면에서 안테나부재(110, 120)의 위치를 나타내는 샘플개수이고, u'n은 합성개구면에서 지향각(Φ sq )만큼 회전된 좌표계(u') 상에서 항공기 이동에 따른 안테나부재(110, 120)의 각 위치(샘플)에 대응되며, ku'(u')는 [식 12]에 대응되고, fit(u')함수는 1차식으로 근사시킨(fitting) 함수이다.In [Equation 17], N is the number of samples indicating the positions of the antenna members 110 and 120 in the composite aperture plane, and u' n is the coordinate system (u') rotated by the orientation angle Φ sq in the composite aperture plane. Corresponds to each position (sample) of the antenna members 110 and 120 according to the movement of the aircraft, k u '(u') corresponds to [Equation 12], and the fit(u') function is approximated by a linear equation ( fitting) function.

비선형오차 분석부(310)는 [식 12] 내지 [식 17]을 이용하여, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계점 내에 분포하게 되는 지향각(Φ sq ), 합성개구면 유효길이(L), 반전력빔폭(Φ BW ), 중심주파수(f0), 최대오차 지향각, 최대오차 반전력빔폭 등을 결정한다. 예를 들어, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계점은 1.5 rad/m일 수 있고, 지향각(Φ sq ), 합성개구면 유효길이(L), 반전력빔폭(Φ BW ), 중심주파수(f0) 중에서 지향각(φ sq ) 및/또는 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 먼저 조절하여 도플러주파수 오차(△ku')를 감소시킬 수 있다.The nonlinear error analysis unit 310 uses [Equation 12] to [Equation 17], the orientation angle ( Φ sq ) at which the Doppler frequency error (Δk u ') is distributed within the critical point, and the effective length of the synthetic aperture (L) ), the half-power beam width ( Φ BW ), the center frequency (f 0 ), the maximum error directivity angle, and the maximum error half-power beam width are determined. For example, the critical point of the Doppler frequency error (Δk u ') may be 1.5 rad/m, the directivity angle ( Φ sq ), the effective length of the composite aperture (L), the half-force beam width ( Φ BW ), and the center frequency In (f 0 ), the Doppler frequency error (Δk u ') may be reduced by first adjusting the beam angle ( φ sq ) and/or the azimuth reverse force beam width (φ BW ).

본 발명의 실시예에서, 지향각(φ sq ) 및/또는 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 조절하여도 도플러주파수 오차(△ku')가 임계점 내에 들어오지 않는 경우에는 합성개구면 유효길이(L) 및/또는 중심주파수(f0)를 조절할 수 있다. 지향각(φ sq ) 및/또는 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 먼저 조절하는 이유는 지향각(φ sq ) 및/또는 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 안테나부재(110, 120)의 방향, 파형발생기(150)의 설정 등을 변경하여 비교적 정확한 설정이 가능하나, 합성개구면 유효길이(L) 및/또는 중심주파수(f0)는 설정변경에 따라 변경되는 2차적인 수치들로서 정확한 값을 미리 설정하는 것이 용이하지 않기 때문이다.In an embodiment of the present invention, when the Doppler frequency error (Δk u ') does not fall within the critical point even by adjusting the beam angle ( φ sq ) and/or the azimuth reverse force beam width (φ BW ), the effective length of the composite aperture (L) and/or the center frequency (f 0 ) can be adjusted. The reason for first adjusting the directivity angle ( φ sq ) and/or the azimuth reversing force beam width (φ BW ) is the directivity angle ( φ sq ) and/or the azimuth direction reversing power beam width (φ BW ) is the antenna member (110, 120) A relatively accurate setting is possible by changing the direction of the waveform generator 150, but the effective length of the composite aperture (L) and/or the center frequency (f 0 ) are secondary numerical values that are changed according to the setting change. This is because it is not easy to set an exact value in advance.

이하, 본 발명의 비교실시예들 및 실시예들을 통하여 비선형오차 분석부(310)의 기능을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the function of the nonlinear error analysis unit 310 will be described in more detail through comparative examples and examples of the present invention.

비교실시예 1Comparative Example 1

도 6a는 본 발명의 비교실시예 1에 따른 방위방향거리와 도플러주파수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6a에서, 가로축은 방위방향거리(azimuth, u)를 나타내며, 세로축은 도플러주파수(ku)를 나타낸다.6A is a graph showing a relationship between an azimuth distance and a Doppler frequency according to Comparative Example 1 of the present invention. In FIG. 6A , the horizontal axis represents the azimuth distance (azimuth, u), and the vertical axis represents the Doppler frequency (k u ).

본 비교실시예 1에서, 지향각(φ sq )은 0°이고, 비행고도(H0)는 1km이며, 합성개구면길이(L)는 372m이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이며, 반전력빔폭(φBW)이 15°인 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템이 사용되었다. 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 X-밴드 레이더 시스템(X-band)이었다.In this comparative example 1, the orientation angle ( φ sq ) is 0°, the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the synthetic aperture length (L) is 372 m, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) The distance (R 0 ) between the target and the center of the target (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and a SAR-based high-resolution image restoration system with an orientation angle with a half-power beam width (φ BW ) of 15° was used. The high-resolution image restoration system based on the directional angle SAR was an X-band radar system.

도 6a를 참조하면, [식 4], [식 5]를 이용하여 [식 10] 내지 [식 12]에 지향각(φ sq )은 0°인 경우를 적용하여 풀이하면, 도플러주파수(ku)는 하기의 [식 18]와 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 6a, when solving by applying the case where the directivity angle ( φ sq ) is 0° to [Equation 10] to [Equation 12] using [Equation 4] and [Equation 5], the Doppler frequency (k u ) can be expressed as in [Equation 18] below.

[식 18][Equation 18]

Figure 112020087278895-pat00059
Figure 112020087278895-pat00059

[식 18]에서, k는 전파상수를 나타내며, φ는 안테나부재(110, 120)와 목표물중심(f(xc,yc)) 사이의 관측각도를 나타낸다.In [Equation 18], k denotes a propagation constant, and φ denotes an observation angle between the antenna members 110 and 120 and the target center f(x c , y c ).

도플러주파수(ku)는 방위방향거리(azimuth, u)가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다.The Doppler frequency (k u ) increased linearly as the azimuth distance (azimuth, u) increased.

비교실시예 2Comparative Example 2

도 6b는 본 발명의 비교실시예 2에 따른 방위방향거리와 도플러주파수 오차의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6b에서, 가로축은 방위방향거리(azimuth, u)를 나타내며, 세로축은 도플러주파수 오차(△ku)를 나타낸다.6B is a graph showing a relationship between an azimuth direction distance and a Doppler frequency error according to Comparative Example 2 of the present invention. In FIG. 6B , the horizontal axis represents the azimuth distance (azimuth, u), and the vertical axis represents the Doppler frequency error (Δk u ).

본 비교실시예 2의 X-밴드 레이더 시스템에서, 지향각(φ sq )은 0°이고, 비행고도(H0)는 1km이며, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m으로 비교실시예 1과 동일하였으나, 반전력빔폭(φBW)을 3°, 6°, 9°, 12°, 15°로 변경하여 도플러주파수 오차(△ku)를 검사하였다. 반전력빔폭(φBW)을 3°, 6°, 9°, 12°, 15°로 변경됨에 따라, 합성개구면길이(L)도 74m, 148m, 222m, 297m, 372m로 변경되었다.In the X-band radar system of Comparative Example 2, the heading angle ( φ sq ) is 0°, the flight altitude (H 0 ) is 1 km, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and the target center (f) The distance (R 0 ) between (x c , y c )) was 1,414 m, which was the same as in Comparative Example 1, but the reverse force beam width (φ BW ) was changed to 3°, 6°, 9°, 12°, 15° By changing it, the Doppler frequency error (Δk u ) was examined. As the reverse force beam width (φ BW ) was changed to 3°, 6°, 9°, 12°, and 15°, the composite aperture length (L) was also changed to 74m, 148m, 222m, 297m, and 372m.

도 6b를 참조하면, 지향각(φ sq )에 의한 효과가 제거되었을 경우, 방위방향거리(azimuth, u)가 0m인 지점에서 도플러주파수 오차(△ku)가 0을 나타냈으며, 방위방향거리(azimuth, u)가 0m로부터 멀어지면 도플러주파수 오차(△ku)는 포물선을 그리며 완만하게 증가하다가 다시 완만하게 감소하고 이후 다시 급격히 증가하는 양상을 나타내었다.Referring to FIG. 6b , when the effect by the orientation angle ( φ sq ) is removed, the Doppler frequency error (Δk u ) is 0 at a point where the azimuth distance (azimuth, u) is 0m, and the azimuth distance As (azimuth, u) moved away from 0 m, the Doppler frequency error (Δk u ) increased gently while drawing a parabola, then decreased again, and then rapidly increased again.

방위방향거리(azimuth, u)가 0m인 지점에서 도플러주파수 오차(△ku)가 0을 나타내는 이유는 지향각(φ sq )이 0°이기 때문이다.The reason that the Doppler frequency error (Δk u ) shows 0 at a point where the azimuth distance (azimuth, u ) is 0 m is because the azimuth angle ( φ sq ) is 0°.

본 발명의 비교실시예 1 및 2에 따르면, 지향각(φ sq )에 의한 효과가 제거되었을 경우, 반전력빔폭(φBW)이 3° 내지 15°로 변경되고 합성개구면길이(L)가 74m 내지 372m로 변경되더라도 도플러주파수 오차(△ku)가 임계값인 1.5 rad/m를 넘지 않는다.According to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, when the effect by the directivity angle ( φ sq ) is removed, the reverse force beam width (φ BW ) is changed to 3° to 15°, and the composite aperture length (L) is Even if it is changed to 74m to 372m, the Doppler frequency error (Δk u ) does not exceed the threshold value of 1.5 rad/m.

실험예 1Experimental Example 1

도 7a는 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 방위방향거리와 도플러주파수의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7a에서, 가로축은 지향각(φ sq )만큼 기울어진 좌표계 상에서의 방위방향거리(azimuth, u')를 나타내며, 세로축은 지향각(φ sq )만큼 기울어진 좌표계 상에서의 도플러주파수(ku')를 나타낸다.7A is a graph illustrating the relationship between the azimuth distance and the Doppler frequency analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 . In FIG. 7A , the horizontal axis represents the azimuth distance (azimuth, u') in the coordinate system tilted by the orientation angle ( φ sq ), and the vertical axis represents the Doppler frequency (k u ') in the coordinate system tilted by the orientation angle ( φ sq ). ) is indicated.

본 실험예 1에서, 지향각(φ sq )은 15°이고, 비행고도(H0)는 1km이며, 합성개구면길이(L)는 372m이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이며, 반전력빔폭(φBW)이 15°인 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템이 사용되었다. 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템는 X-밴드 레이더 시스템(X-band)이었다.In this Experimental Example 1, the orientation angle ( φ sq ) is 15°, the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the synthetic aperture length (L) is 372 m, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and The distance (R 0 ) between the target centers (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and a SAR-based high-resolution image restoration system with an orientation angle of 15° with a half-power beam width (φ BW ) was used. The high-resolution image restoration system based on the directional angle SAR was an X-band radar system.

도 7a를 참조하면, 도플러주파수(ku')는 방위방향거리(azimuth, u')가 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다.Referring to FIG. 7A , the Doppler frequency k u ' linearly increased as the azimuth distance (azimuth, u') increased.

실험예 2Experimental Example 2

도 7b는 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 방위방향거리와 도플러주파수 오차의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7b에서, 가로축은 지향각(φ sq )만큼 기울어진 좌표계 상에서의 방위방향거리(azimuth, u')를 나타내며, 세로축은 지향각(φ sq )만큼 기울어진 좌표계 상에서의 도플러주파수 오차(△ku')를 나타낸다.FIG. 7B is a graph showing the relationship between the azimuth direction distance and the Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 . In FIG. 7B , the horizontal axis represents the azimuth distance (azimuth, u') in the coordinate system tilted by the orientation angle φ sq , and the vertical axis represents the Doppler frequency error (Δk) in the coordinate system tilted by the orientation angle φ sq . u ').

실험예 2의 X-밴드 레이더 시스템에서, 지향각(φ sq )은 15°이고, 비행고도(H0)는 1km이며, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m으로 실시예 1과 동일하였으나, 반전력빔폭(φBW)을 3°, 6°, 9°, 12°, 15°로 변경하여 도플러주파수 오차(△ku)를 검사하였다. 반전력빔폭(φBW)을 3°, 6°, 9°, 12°, 15°로 변경됨에 따라, 합성개구면길이(L)도 74m, 148m, 222m, 297m, 372m로 변경되었다.In the X-band radar system of Experimental Example 2, the heading angle ( φ sq ) is 15°, the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and the target center (f(x) The distance (R 0 ) between c , y c )) was 1,414 m, which was the same as in Example 1, but the reverse force beam width (φ BW ) was changed to 3°, 6°, 9°, 12°, 15° to Doppler The frequency error (Δk u ) was examined. As the reverse force beam width (φ BW ) was changed to 3°, 6°, 9°, 12°, and 15°, the composite aperture length (L) was also changed to 74m, 148m, 222m, 297m, and 372m.

도 7b를 참조하면, 지향각(φ sq )이 15°인 경우, 도플러주파수 오차(△ku)는 비선형거동을 하였으며, 방위방향거리(azimuth, u)가 음(-)의 방향으로 증가할수록 도플러주파수 오차(△ku)는 포물선을 그리며 완만하게 증가하다가 다시 감소하는 양상을 나타내었다.Referring to FIG. 7B , when the directivity angle ( φ sq ) is 15°, the Doppler frequency error (Δk u ) exhibits a nonlinear behavior, and as the azimuth distance (azimuth, u) increases in the negative (-) direction, The Doppler frequency error (Δk u ) showed a pattern of increasing gently while drawing a parabola and then decreasing again.

방위방향거리(azimuth, u')가 음(-)인 지점에서 도플러주파수 오차(△ku)가 최소값(0)을 나타내는 이유는 지향각(φ sq )이 15°여서 안테나부재(110, 120)의 실제위치(도 2의 uc)와 최단거리 위치(도 2의 u0)가 서로 다르기 때문이다.The reason that the Doppler frequency error (Δk u ) shows the minimum value (0) at the point where the azimuth distance (azimuth, u') is negative (-) is that the directivity angle ( φ sq ) is 15°, so the antenna members 110, 120 ) because the actual position (u c in FIG. 2 ) and the shortest distance position (u 0 in FIG. 2 ) are different from each other.

본 발명의 비교실시예 1 및 2에 따르면, 지향각(φ sq )이 15°이고 반전력빔폭(φBW)이 15°이며 합성개구면길이(L)가 372m인 경우로 변경 도플러주파수 오차(△ku)가 임계값인 1.5 rad/m를 넘는 것으로 나타났다.According to Comparative Examples 1 and 2 of the present invention, the directivity angle ( φ sq ) is 15°, the half-force beam width (φ BW ) is 15°, and the combined aperture length (L) is 372 m. Doppler frequency error ( Δk u ) was found to exceed the critical value of 1.5 rad/m.

실시예 1Example 1

도 8은 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.8 is a graph illustrating a synthetic aperture length, a directivity angle, and a Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 .

도 8에서, 가로축은 지향각(φ sq )을 나타내며, 세로축은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)를 나타내고, 높이축은 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 제곱평균(Root Mean Square; RMS)을 나타낸다.In FIG. 8 , the horizontal axis represents the directivity angle ( φ sq ), the vertical axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ), and the height axis represents the square mean of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m). (Root Mean Square; RMS).

실시예 1의 X-밴드 레이더 시스템에서, 비행고도(H0)는 1km이며, 송신파(도 1의 2)의 전파 입사각(θi)은 45°이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이었으며, 중심주파수(f0)는 9.65GHz이었다. 지향각(φ sq )은 0°에서 80°까지 변경하였고 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 0°에서 15°까지 변경하면서, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 분석하였다.In the X-band radar system of Example 1, the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the radio wave incidence angle (θ i ) of the transmitted wave (2 in FIG. 1 ) is 45°, and the virtual position of the aircraft (u in FIG. 2 ) The distance (R 0 ) between 0 ) and the target center (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and the center frequency (f 0 ) was 9.65 GHz. The beam angle ( φ sq ) was changed from 0° to 80° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) was changed from 0° to 15°, and the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) was analyzed. .

도 8을 참조하면, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값 1.15rad/m를 나타냈다.Referring to FIG. 8 , the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved non-linearly according to changes in the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ), and the beam angle ( φ sq ) ) was 30° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) was 15°, showing the maximum value of 1.15 rad/m of Doppler frequency error (Δk u ').

이하, 다양한 비행고도 및 전파 입사각에 따른 비선형요차 분석부의 기능을 다양한 실시예들과 함께 설명한다.Hereinafter, the function of the nonlinear difference analysis unit according to various flight altitudes and radio wave incidence angles will be described along with various embodiments.

도 9a 및 도 9b는 다양한 비행고도 및 전파 입사각에 따른 도 5에 도시된 비선형오차 분석부의 거동을 기하구조로 나타내는 도면이다.9A and 9B are diagrams showing geometric structures of the behavior of the nonlinear error analyzer shown in FIG. 5 according to various flight altitudes and radio wave incident angles.

도 9a 및 도 9b에서, L1, L2는 합성개구면 길이를 나타내고, θi, θi1, θi2는 전파 입사각을 나타내며, H0, H1, H2는 항공기의 비행고도를 나타내고, Φ BW 는 반전력빔폭을 나타내며, R0는 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다.9a and 9b, L 1 , L 2 represent the composite aperture length, θ i , θ i1 , θ i2 represent the radio wave incident angle, H 0 , H 1 , H 2 represent the flight altitude of the aircraft, Φ BW represents the reverse force beam width, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target.

이론에 의해 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니지만, 도 10a 내지 도 12b를 참조하여 비행고도 및 전파 입사각의 변화에 따른 비선형오차 분석부의 기능을 설명한다.Although not intended to limit the scope of the present invention by theory, the function of the nonlinear error analysis unit according to the change of the flight altitude and the radio wave incidence angle will be described with reference to FIGS. 10A to 12B.

실시예 2Example 2

실시예 2에서는 비행고도(H1, H2)가 변경되는 경우, 비선형오차 분석부(310)의 기능을 설명한다.In Embodiment 2, when the flight altitudes (H 1 , H 2 ) are changed, the function of the nonlinear error analysis unit 310 will be described.

도 10a 및 도 10b는 항공기 비행고도가 상이한 경우, 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.10A and 10B are graphs showing the synthesized aperture length, the orientation angle, and the Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 when the flight altitude of the aircraft is different.

도 9a 및 도 10a를 참조하면, 가로축은 지향각(φ sq )을 나타내며, 세로축은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)를 나타내고, 높이축은 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 제곱평균(Root Mean Square; RMS)을 나타낸다.9A and 10A , the horizontal axis represents the directivity angle ( φ sq ), the vertical axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ), and the height axis represents the Doppler frequency error (Δk u ', rad/ m) represents the root mean square (RMS).

도 9a의 X-밴드 레이더 시스템에서, 비행고도(H0)는 1km이며, 송신파(도 1의 2)의 전파 입사각(θi)은 45°이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이었으며, 중심주파수(f0)는 9.65GHz이었다. 지향각(φ sq )은 0°에서 80°까지 변경하였고 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 0°에서 15°까지 변경하면서, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 분석하였다.In the X-band radar system of FIG. 9A, the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the radio wave incidence angle (θ i ) of the transmitted wave (2 in FIG. 1) is 45°, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2) ) and the distance (R 0 ) between the target center (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and the center frequency (f 0 ) was 9.65 GHz. The beam angle ( φ sq ) was changed from 0° to 80°, and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) was changed from 0° to 15°, and the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) was analyzed. .

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값 1.15rad/m를 나타냈다.The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved nonlinearly according to changes in the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) . The direction reversal force beam width (φ BW ) showed the maximum value of 1.15 rad/m of Doppler frequency error (Δk u ') at 15°.

도 10b에서, 비행고도(H0)가 5km인 점을 제외하면, 나머지 수치는 도 10a와 동일하였다.In FIG. 10b, except that the flight altitude (H 0 ) is 5 km, the remaining numerical values are the same as in FIG. 10a.

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값 1.15rad/m를 나타냈다.The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved nonlinearly according to the change of the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ), and the beam angle ( φ sq ) was 30° and the azimuth The direction reversal force beam width (φ BW ) showed the maximum value of 1.15 rad/m of Doppler frequency error (Δk u ') at 15°.

도 10b의 도플러주파수 오차(△ku')는 도 10a와 동일하였다.The Doppler frequency error (Δk u ') of FIG. 10B was the same as that of FIG. 10A.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 비행고도(H0)가 변경되더라도 도플러주파수 오차(△ku')에는 변동이 없었다.Referring to FIGS. 10A and 10B , there was no change in the Doppler frequency error (Δk u ') even if the flight altitude (H 0 ) was changed.

실시예 3Example 3

실시예 3에서는 전파입사각(θi1, θi2)이 변경되는 경우, 비선형오차 분석부(310)의 기능을 설명한다.In the third embodiment, when the radio wave incident angles θ i1 and θ i2 are changed, the function of the nonlinear error analyzer 310 will be described.

도 11a 및 도 11b는 항공기 전파입사각이 상이한 경우, 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.11A and 11B are graphs showing a composite aperture length, a directivity angle, and a Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 when the aircraft radio wave incident angles are different.

도 9b 및 도 11a를 참조하면, 가로축은 지향각(φ sq )을 나타내며, 세로축은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)를 나타내고, 높이축은 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 제곱평균(Root Mean Square; RMS)을 나타낸다.9B and 11A , the horizontal axis represents the directivity angle ( φ sq ), the vertical axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ), and the height axis represents the Doppler frequency error (Δk u ', rad/ m) represents the root mean square (RMS).

도 11a의 X-밴드 레이더 시스템에서, 비행고도(H0)는 1km이며, 송신파(도 1의 2)의 전파 입사각(θi1)은 30°이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이었으며, 중심주파수(f0)는 9.65GHz이었다. 지향각(φ sq )은 0°에서 80°까지 변경하였고 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 0°에서 15°까지 변경하면서, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 분석하였다.In the X-band radar system of FIG. 11A , the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the radio wave incidence angle (θ i1 ) of the transmitted wave (2 in FIG. 1) is 30°, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2) ) and the distance (R 0 ) between the target center (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and the center frequency (f 0 ) was 9.65 GHz. The beam angle ( φ sq ) was changed from 0° to 80° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) was changed from 0° to 15°, and the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) was analyzed. .

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값 1.15rad/m를 나타냈다.The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved nonlinearly according to changes in the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) . The direction reversal force beam width (φ BW ) showed the maximum value of 1.15 rad/m of Doppler frequency error (Δk u ') at 15°.

도 11b에서, 전파 입사각(θi2)은 60°인 점을 제외하면, 나머지 수치는 도 11a와 동일하였다.In FIG. 11B , the other numerical values were the same as those of FIG. 11A except that the radio wave incident angle θ i2 was 60°.

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값 1.15rad/m를 나타냈다.The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved nonlinearly according to changes in the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) . The direction reversal force beam width (φ BW ) showed the maximum value of 1.15 rad/m of Doppler frequency error (Δk u ') at 15°.

도 11b의 도플러주파수 오차(△ku')는 도 11a와 동일하였다.The Doppler frequency error (Δk u ') of FIG. 11B was the same as that of FIG. 11A.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 전파입사각(θi1, θi2)이 변경되더라도 도플러주파수 오차(△ku')에는 변동이 없었다.Referring to FIGS. 11A and 11B , even when the radio wave incident angles θ i1 , θ i2 are changed, the Doppler frequency error Δk u ′ did not change.

실시예 4Example 4

실시예 4에서는 중심주파수(f0)가 변경되는 경우, 비선형오차 분석부(310)의 기능을 설명한다.In the fourth embodiment, when the center frequency f 0 is changed, the function of the nonlinear error analysis unit 310 will be described.

도 12a 및 도 12b는 항공기 전파입사각이 상이한 경우, 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 합성개구면 길이, 지향각, 및 도플러주파수 오차를 나타내는 그래프이다.12A and 12B are graphs illustrating a composite aperture length, a directivity angle, and a Doppler frequency error analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 when the aircraft radio wave incident angles are different.

도 12a를 참조하면, 가로축은 지향각(φ sq )을 나타내며, 세로축은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)를 나타내고, 높이축은 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 제곱평균(Root Mean Square; RMS)을 나타낸다.Referring to FIG. 12A , the horizontal axis represents the directivity angle ( φ sq ), the vertical axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ), and the height axis represents the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m). It represents the root mean square (RMS).

도 12a의 X-밴드 레이더 시스템에서, 비행고도(H0)는 1km이며, 송신파(도 1의 2)의 전파 입사각(θi1)은 30°이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이었으며, 중심주파수(f0)는 1.25GHz이었다. 지향각(φ sq )은 0°에서 80°까지 변경하였고 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 0°에서 15°까지 변경하면서, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 분석하였다.In the X-band radar system of FIG. 12A , the flight altitude (H 0 ) is 1 km, the radio wave incidence angle (θ i1 ) of the transmitted wave (2 in FIG. 1) is 30°, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2) ) and the distance (R 0 ) between the target center (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and the center frequency (f 0 ) was 1.25 GHz. The beam angle ( φ sq ) was changed from 0° to 80° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) was changed from 0° to 15°, and the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) was analyzed. .

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값 0.15rad/m를 나타냈다.The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved nonlinearly according to changes in the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) . The direction reversal force beam width (φ BW ) showed the maximum value of 0.15 rad/m of Doppler frequency error (Δk u ') at 15°.

도 12b에서, 중심주파수(f0)는 15GHz인 점을 제외하면, 나머지 수치는 도 12a와 동일하였다.In FIG. 12b , the center frequency f 0 is the same as that of FIG. 12a except that it is 15 GHz.

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 변화에 따라 비선형거동을 하였으며, 지향각(φ sq )이 30°이고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 15°에서 도플러주파수 오차(△ku')의 최대값이 2rad/m를 초과하였다.The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) behaved nonlinearly according to changes in the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) . The maximum value of the Doppler frequency error (Δk u ') exceeded 2 rad/m when the direction reversal force beam width (φ BW ) was 15°.

도 12b에서 도플러주파수 오차(△ku')가 1.15rad/m를 초과하는 영역은 지향각(φ sq )이 17° 내지 50°이며 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 12°이상인 영역이었다.In FIG. 12b, the region in which the Doppler frequency error (Δk u ') exceeded 1.15 rad/m was a region in which the directivity angle ( φ sq ) was 17° to 50° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) was 12° or more. .

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 중심주파수(f0)가 증가하자 도플러주파수 오차(△ku')가 급격히 증가하였다.12A and 12B , as the center frequency f 0 increased, the Doppler frequency error Δk u ′ rapidly increased.

이론에 의해 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니지만, 도플러주파수 오차(△ku')가 중심주파수(f0)의 변경에 따라 증가하는 점은 [식 12]에서 지향각(φ sq )만큼 회전된 좌표계 상의 도플러주파수(ku')가 중심주파수(f0)를 포함하는 크기성분(-4π/c-(f0+f)))의 영향을 받기 때문이다. 이는 동일한 길이(L)를 갖는 합성개구면에서 중심주파수(f0)가 높아질수록 파장 대비 합성개구면의 유효길이가 증가하는 효과가 나타나기 때문에, 비선형 거동하는 도플러주파수 오차(△ku')가 증가하는 것으로 해석할 수 있다.Although not intending to limit the scope of the present invention by theory, the point at which the Doppler frequency error (Δk u ') increases with the change of the center frequency (f 0 ) is rotated by the orientation angle ( φ sq ) in [Equation 12] This is because the Doppler frequency (k u ') on the coordinate system is affected by the magnitude component (-4π/c-(f 0 +f))) including the center frequency (f 0 ). This is because the effective length of the composite aperture compared to the wavelength increases as the center frequency (f 0 ) increases in the composite aperture having the same length (L), so the Doppler frequency error (Δk u ') acting nonlinearly can be interpreted as increasing.

도 9a 내지 도 12b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 비행고도(H1, H2), 전파입사각(θi1, θi2) 등과 같은 기하구조의 변화에 독립적이고, 중심주파수(f0)에 의존적인 특성을 갖는다.9A to 12B, the high-resolution image restoration system based on the directional angle SAR according to an embodiment of the present invention changes the geometric structure such as flight altitude (H 1 , H 2 ), radio incidence angle (θ i1 , θ i2 ), etc. , and has a characteristic that is dependent on the center frequency (f 0 ).

실시예 5Example 5

도 13은 도 5의 비선형오차 분석부에 의해 분석되는 방위방향 반전력 빔폭(Azimuth HPBW, φBW)과 지향각(φ sq )에 따른 도플러주파수 오차(△ku')를 나타내는 그래프이다. 도 13에서, 가로축은 방위방향 반전력 빔폭(Azimuth HPBW, φBW)을 나타내고 세로축은 지향각(φ sq )을 나타낸다.13 is a graph showing the Doppler frequency error (Δk u ') according to the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ) and the beam angle ( φ sq ) analyzed by the nonlinear error analyzer of FIG. 5 . In FIG. 13 , the horizontal axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ) and the vertical axis represents the directivity angle ( φ sq ).

[표 1]의 제원을 갖는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템이 사용되었다.A high-resolution image restoration system based on an azimuth angle SAR having the specifications in [Table 1] was used.

설정항목Setting items 설정값set value 비고note 주파수대역frequency band X-bandX-band BW=500 MHzBW=500 MHz 변조율(Kr)Modulation rate (K r ) 5ell Hz/s5e ll Hz/s tsweep=1mst sweep = 1ms 거리방향 샘플수(Range bins)Number of samples in the distance direction (Range bins) 1,252 samples1,252 samples fs≒1.2 MHzfs≒1.2 MHz 방위방향 샘플수(Azimuth bins)Azimuth bins 2,001 samples2001 samples 지향각(φ sq )Direction angle ( φ sq ) 0°~ 75°0° to 75° 반전력빔폭(φBW)Reverse force beam width (φ BW ) 1°~ 15°1° to 15° 합성개구면 길이(L)Composite aperture length (L) 25m ~ 372m25m to 372m 안테나 입사각(θinc)Antenna incident angle (θ inc ) 45°45° 비행고도(H0)Flight Altitude (H 0 ) 1km1km (지면거리 기준)(Based on ground distance)

도 13 및 [표 1]을 참조하면, 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은 X-밴드 레이더 시스템으로, 반전력빔폭은 500MHz이었고, 주파수 변조율(Kr)은 5e11 Hz/s로서 1ms마다 조사되었으며(tsweep=1ms), 거리방향 샘플수(Range bins)는 1,252개로서 각 샘플마다 1.2MHz의 주파수(fs≒1.2MHz)를 가졌고, 방위방향 샘플수(Azimuth bins)는 2,001개이었으며, 송신파(도 1의 2)의 전파 입사각(θinc)은 45°이었고, 비행고도(H0)는 지면거리 기준으로 1km이었으며, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이었다. 지향각(φ sq )을 0°부터 75°까지 변경시키고 반전력빔폭(φBW)을 1°부터 15°까지 변경시키면서, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 분석하였다.13 and [Table 1], the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system is an X-band radar system, the half-power beam width was 500 MHz, and the frequency modulation rate (Kr) is 5e 11 Hz/s, which is irradiated every 1 ms. (t sweep = 1ms), the number of samples in the distance direction (Range bins) was 1,252, and each sample had a frequency of 1.2 MHz (fs ≒ 1.2 MHz), and the number of samples in the azimuth direction (Azimuth bins) was 2,001, and transmission The wave incident angle (θ inc ) of the wave (2 in FIG. 1) was 45°, the flight altitude (H 0 ) was 1 km based on the ground distance, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and the center of the target (f ( The distance (R 0 ) between x c ,y c )) was 1,414 m. The Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) was analyzed while changing the beam angle ( φ sq ) from 0° to 75° and the half-force beam width (φ BW ) from 1° to 15°.

도 13을 참조하면, 비선형오차 분석부(310)는 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 임계값(threshold)을 0.15rad/m로 설정하였다. 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 임계값(threshold)은 지향각(φ sq )이 동일한 상태에서 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 다양하게 변경하여 복원된 영상들을 비교하여 구하였다. 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 임계값(threshold)을 구하는 방법은 도 14 내지 도 16을 참조하여 후술한다.Referring to FIG. 13 , the nonlinear error analyzer 310 sets the threshold of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) to 0.15 rad/m. The threshold of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) is determined by comparing the restored images by variously changing the azimuth reverse power beam width (φ BW ) while the beam angle ( φ sq ) is the same. saved A method of obtaining a threshold of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) will be described later with reference to FIGS. 14 to 16 .

도 13에서, 지향각(φ sq )이 30°이며, 방위방향 반전력빔폭이 6°일 때 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)가 최대값을 나타냈다. 예를 들어, 도 13에서 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)가 임계값인 포물선의 정점(p)에서의 지향각(φ sq ), 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 각각 최대오차 지향각, 최대오차 반전력빔폭이 된다.In FIG. 13 , the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) exhibited the maximum value when the directivity angle ( φ sq ) was 30° and the azimuth reverse force beam width was 6°. For example, in FIG. 13 , the beam angle ( φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) at the apex (p) of the parabola where the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) is a threshold value, respectively It becomes the maximum error directivity angle, and the maximum error reverse power beam width.

도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 임계값에 해당하는 지향각(φ sq )과 반전력빔폭(φBW)을 도시하면, 도 13의 실선과 같이 포물선 형상을 나타냈다.When the directivity angle ( φ sq ) and the half-power beam width (φ BW ) corresponding to the threshold value of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) are plotted, a parabolic shape is shown as shown by the solid line in FIG. 13 .

도 14 내지 도 19는 도 13의 (1) 내지 (6)에 각각 해당하는 복원영상을 나타내는 이미지들이다.14 to 19 are images showing reconstructed images respectively corresponding to (1) to (6) of FIG. 13 .

도 13의 (1),(2),(3)의 경우 동일한 지향각(φ sq ) 30°에 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 각각 5°,7.5°,10°로 변경하여 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 측정하였다. 도 13의 (1),(2),(3)의 도플러주파수 오차(△ku')는 각각 0.08rad/m, 0.22rad/m, 0.46rad/m이었다.In the case of (1), (2), (3) of FIG. 13, the Doppler frequency by changing the azimuth reverse force beam width (φ BW ) to 5°, 7.5°, and 10°, respectively, at the same directivity angle ( φ sq ) 30° The error (Δk u ', rad/m) was measured. The Doppler frequency errors (Δk u ') of (1), (2) and (3) of FIG. 13 were 0.08 rad/m, 0.22 rad/m, and 0.46 rad/m, respectively.

도 14를 참조하면, 도 13의 (1)의 복원영상은 하나의 십자형상을 이루어서 목표물 중심의 위치를 특정할 수 있었다.Referring to FIG. 14 , the reconstructed image of FIG. 13 ( 1 ) has a cross shape, so that the position of the center of the target can be specified.

반면에, 도 15 및 도 16을 참조하면, 도 13의 (2),(3)의 복원영상은 두 개의 십자형상을 나타내서 목표물 중심의 위치를 특정할 수 없었다. 도 13의 (2),(3)의 복원영상으로 목표물 중심의 위치를 특정할 수 없는 이유는, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)가 임계값을 넘었기 때문이다.On the other hand, referring to FIGS. 15 and 16 , the reconstructed images of FIGS. 13 (2) and (3) showed two crosses, so that the location of the center of the target could not be specified. The reason that the position of the target center cannot be specified with the restored images of (2) and (3) of FIG. 13 is that the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) exceeds the threshold.

본 실시예에서, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 임계값은 목표물 중심의 위치를 특정할 수 있는 도 13의 (1)과 목표물 중심의 위치를 특정할 수 없는 도 13의 (2) 사이에 위치한다. 따라서 비선형오차 분석부(310)는 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)의 임계값으로 도 13의 (1)에서의 도플러주파수 오차(△ku') 0.08rad/m과 도 13의 (2)에서의 도플러주파수 오차(△ku') 0.22rad/m의 중간값인 0.15rad/m으로 설정하였다.In this embodiment, the threshold value of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) is shown in (1) of FIG. 13 that can specify the position of the center of the target and that of FIG. 13 that cannot specify the position of the center of the target. (2) is located between Therefore, the nonlinear error analysis unit 310 is a threshold value of the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) in FIG. 13 (1), the Doppler frequency error (Δk u ') 0.08 rad/m and FIG. 13 The Doppler frequency error (Δk u ') in (2) was set to 0.15 rad/m, which is the median value of 0.22 rad/m.

도 14, 도 17 내지 도 19를 참조하면, 도 13의 (1),(4),(5),(6)의 경우 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)가 임계값을 벗어나지 않아서 복원영상들이 하나의 십자형상을 나타냈다. 복원영상이 기울어진 이유는 안테나부재(110, 120)가 지향각(φ sq )만큼 회전된 상태에서 송신파(2)를 조사하기 때문이다.14 and 17 to 19 , in the case of (1), (4), (5), and (6) of FIG. 13, the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) does not deviate from the threshold value. Therefore, the restored images showed a single cross. The reason the reconstructed image is tilted is because the antenna members 110 and 120 are irradiated with the transmission wave 2 in a state where the antenna members 110 and 120 are rotated by the directional angle φ sq .

도 15 및 도 16을 참조하면, 도 13의 (2),(3)의 경우 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)가 임계값을 초과하여 복원된 영상이 하나의 십자형상을 이루지 못하고 두 개의 십자형상이 겹쳐진 형상으로 나타났다. 복원영상이 두 개의 십자형상을 나타내는 경우, 목표물 중심의 위치를 특정할 수 없기 때문에 복원영상을 사용할 수 없었다.15 and 16, in the case of (2) and (3) of FIG. 13, the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) exceeds the threshold, so that the reconstructed image does not form a single cross. The two crosses were superimposed on each other. When the reconstructed image shows two crosses, the reconstructed image could not be used because the location of the center of the target could not be specified.

도 13의 (1),(4),(5)의 경우 동일한 방위방향 반전력빔폭(φBW) 5°에 지향각(φ sq )을 각각 10°,30°,60°로 변경하여 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)를 측정하였다. 도 13의 (1),(4),(5)의 도플러주파수 오차(△ku')는 각각 0.08rad/m, 0.05rad/m, 0.04rad/m이었다.In the case of (1), (4), and (5) of FIG. 13, the Doppler frequency was changed to 10°, 30°, and 60°, respectively, by changing the directivity angle ( φ sq ) to 5° in the same azimuth direction reverse power beam width (φ BW ) The error (Δk u ', rad/m) was measured. The Doppler frequency errors (Δk u ') of (1), (4), and (5) of FIG. 13 were 0.08 rad/m, 0.05 rad/m, and 0.04 rad/m, respectively.

도 14, 도 17, 및 도 18을 참조하면, 도플러주파수 오차(△ku', rad/m)가 임계값을 넘지 않아서 복원영상이 목표물 중심을 기준으로 하는 하나의 십자형상을 나타냈다. 다만, 지향각(φ sq )이 증가할수록 복원영상이 비틀린 형상을 나타내며 해상도가 저하되었다. 복원영상의 해상도를 제어하는 기능은 후술될 해상도 분석부(320)를 이용하여 설명한다.Referring to FIGS. 14, 17, and 18 , the Doppler frequency error (Δk u ', rad/m) did not exceed the threshold, so that the reconstructed image exhibited a single cross shape based on the center of the target. However, as the orientation angle ( φ sq ) increased, the reconstructed image showed a distorted shape and the resolution was lowered. The function of controlling the resolution of the reconstructed image will be described using the resolution analyzer 320, which will be described later.

도 5를 다시 참조하면, 해상도 분석부(320)는 [식 12] 및 하기의 [식 19]을 이용하여 지향각(φ sq )과 방위방향 해상도(Azimuth resolution, △u, m)를 분석하고, 임계해상도 내의 지향각(φ sq ) 범위 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 결정한다. 본 실시예에서, 해상도 분석부(320)는 방위방향 해상도(Azimuth resolution)를 분석하였으나, 해상도 분석부(320)가 거리방행 해상도(Range resolution)를 분석할 수도 있다. 본 실시예에서, 임계해상도는 기설정된 값일 수 있다. 예를 들어, 임계해상도는 도 21의 (r)과 같이 0.3m일 수 있다.Referring back to FIG. 5 , the resolution analysis unit 320 analyzes the orientation angle ( φ sq ) and the azimuth resolution (Azimuth resolution, Δu , m) using [Equation 12] and [Equation 19] below, and , determine the range of the beam angle ( φ sq ) within the critical resolution and the azimuth reverse force beam width (φ BW ). In the present embodiment, the resolution analyzer 320 analyzes the azimuth resolution, but the resolution analyzer 320 may also analyze the range resolution. In this embodiment, the threshold resolution may be a preset value. For example, the critical resolution may be 0.3m as shown in (r) of FIG. 21 .

[식 19][Equation 19]

△u=2π/BW△u=2π/BW ku’ku'

[식 19]에서, BW ku' 는 주파수 대역폭을 나타낸다.In [Equation 19], BW ku' represents a frequency bandwidth.

실험예 6Experimental Example 6

도 20은 도 5에 도시된 해상도 분석부에 의해 분석된 결과와 이론적인 성능분석결과를 비교한 그래프이다. 도 14에서 가로축은 지향각(φ sq )을 나타내며, 좌측세로축은 도플러 주파수 대역폭(Doppler frequency bandwidth, rad/m)을 나타내고, 우측세로축은 방위방향 해상도(Azimuth resolution)의 길이를 나타낸다.20 is a graph comparing the results analyzed by the resolution analyzer shown in FIG. 5 and the theoretical performance analysis results. In FIG. 14 , the horizontal axis represents the orientation angle ( φ sq ), the left vertical axis represents the Doppler frequency bandwidth (rad/m), and the right vertical axis represents the length of the azimuth resolution.

본 실험예 6에서 사용된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은, 비행고도(H0)는 1km이며, 합성개구면길이(L)는 123m이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m이며, 반전력빔폭(φBW)이 15°인 X-밴드 레이더 시스템(X-band)이 사용되었다.The orientation angle SAR-based high-resolution image restoration system used in Experimental Example 6 has a flight altitude (H 0 ) of 1 km, a synthetic aperture length (L) of 123 m, and a virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and The distance (R 0 ) between the target centers (f(x c ,y c )) was 1,414 m, and an X-band radar system (X-band) with an anti-power beam width (φ BW ) of 15° was used.

도 20에서, 아래쪽의 그래프(a)는 지향각(φ sq ) 변화에 따른 방위방향 해상도(Azimuth resolution, m)를 나타내고, 좌측위쪽에서 우측 아래쪽으로 향하는 그래프(b)는 도플러 주파수 대역폭(Doppler frequency bandwidth, red/m)을 나타낸다. 그래프의 실선부분(a, b)은 이론적인 성능분석에 의한 결과를 나타내며, 점선은 도 1에 도시된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템의 해상도 분석부에 의해 분석된 결과를 나타낸다.In FIG. 20, the lower graph (a) shows the azimuth resolution (m) according to the change in the orientation angle ( φ sq ), and the graph (b) directed from the upper left to the lower right is the Doppler frequency bandwidth (Doppler frequency) bandwidth, red/m). The solid line parts (a, b) of the graph represent the results of the theoretical performance analysis, and the dotted lines represent the results analyzed by the resolution analyzer of the orientation angle SAR-based high-resolution image restoration system shown in FIG. 1 .

도 20의 그래프 a를 참조하면, 지향각(φ sq )이 증가할수록 방위방향 해상도의 길이(m)가 증가했다. 즉, 지향각(φ sq )이 증가할수록 방위방향 해상도가 저하되었다.Referring to the graph a of FIG. 20 , as the orientation angle φ sq increased, the length m of the azimuth resolution increased. That is, as the orientation angle φ sq increased, the azimuth direction resolution decreased.

도 20의 그래프 b를 참조하면, 지향각(φ sq )이 증가할수록 도플러 주파수 대역폭(rad/m)이 감소했다.Referring to the graph b of FIG. 20 , the Doppler frequency bandwidth (rad/m) decreased as the directivity angle φ sq increased.

실험예 7Experimental Example 7

도 21은 도 5에 도시된 해상도 분석부에 의해 분석된 방위방향 해상도를 도시한 그래프이다. 도 21에서, 가로축은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)을 나타내고, 세로축은 지향각(Squint angle, φ sq )을 나타낸다.FIG. 21 is a graph illustrating azimuth resolution analyzed by the resolution analyzer shown in FIG. 5 . In FIG. 21 , the horizontal axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ), and the vertical axis represents the directional angle (Squint angle, φ sq ).

본 실험예 7에서 사용된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은, 비행고도(H0)는 1km이며, 전파입사각(θi)은 45°이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m인 X-밴드 레이더 시스템(X-band)이 사용되었다. 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 0°에서 15°로 변경되었으며, 지향각(φ sq )은 0°에서 75°로 변경되면서 방위방향 해상도(Azimuth resolution)의 길이(m)를 측정하였다.The directional angle SAR-based high-resolution image restoration system used in Experimental Example 7 has a flight altitude (H 0 ) of 1 km, a radio incident angle (θ i ) is 45°, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and An X-band radar system (X-band) with a distance (R 0 ) between the target centers (f(x c ,y c )) of 1,414 m was used. The azimuth reverse power beam width (φ BW ) was changed from 0° to 15°, and the beam angle ( φ sq ) was changed from 0° to 75° to measure the length (m) of the azimuth resolution.

도 5 및 도 21을 참조하면, 해상도 분석부(320)에 의해 분석된 해상도는 지향각(φ sq )이 커질수록 저하되었으며 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 증가할수록 향상되었다.5 and 21 , the resolution analyzed by the resolution analyzer 320 was lowered as the directivity angle φ sq increased, and improved as the azimuth reverse force beam width φ BW increased.

이론에 의해 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니지만, 지향각(φ sq )이 커질수록 해상도가 저하되는 이유는, 지향각(φ sq )이 커지면 합성개구면 유효길이가 짧아져서 도플러주파수의 대역폭이 감소한다. 도플러주파수 대역폭이 감소하면 해상도가 저하된다.Although it is not intended to limit the scope of the present invention by theory, the reason that the resolution decreases as the beam angle ( φ sq ) increases is that as the beam angle ( φ sq ) increases, the effective length of the synthesized aperture becomes shorter, so that the bandwidth of the Doppler frequency is reduced. decreases. As the Doppler frequency bandwidth decreases, the resolution decreases.

반면에, [식 12] 및 [식 19]을 참조하면 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 증가하면 합성개구면 유효길이가 길어져서 도플러주파수의 대역폭이 증가한다. 도플러주파수 대역폭이 증가하면 해상도가 향상된다.On the other hand, referring to [Equation 12] and [Equation 19], if the azimuth reverse force beam width (φ BW ) increases, the effective length of the composite aperture becomes longer and thus the bandwidth of the Doppler frequency increases. As the Doppler frequency bandwidth increases, the resolution improves.

도 21을 다시 참조하면, 지향각(φ sq )이 크고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 적은 좌측 상부에서 방위방향 해상도(Azimuth resolution)의 길이가 1m 정도의 낮은 해상도를 나타내었다.Referring back to FIG. 21 , the azimuth resolution in the upper left corner with a large beam angle ( φ sq ) and a small azimuth reverse force beam width (φ BW ) exhibited a low resolution of about 1 m in length.

반면에, 지향각(φ sq )이 작고 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 큰 우측 하부에서 방위방향 해상도(Azimuth resolution)의 길이가 0.1m 이하의 높은 해상도를 나타내었다.On the other hand, the azimuth resolution in the lower right corner with a small beam angle ( φ sq ) and a large azimuth reverse force beam width (φ BW ) showed high resolution of 0.1 m or less.

도 5를 다시 참조하면, 운용범위 설정부(330)는 비선형오차 분석부(310) 및 해상도 분석부(320)에 전기적으로 연결되어, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않으며 방위방향 해상도(Azimuth resolution)이 임계해상도를 넘지 않는 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 설정한다.Referring back to FIG. 5 , the operating range setting unit 330 is electrically connected to the nonlinear error analysis unit 310 and the resolution analysis unit 320 , so that the Doppler frequency error (Δk u ') does not exceed the threshold value. The azimuth resolution sets the beam width ( φ sq ) and the azimuth reverse power beam width (φ BW ) at which the azimuth resolution does not exceed the critical resolution.

도 22는 도 5에 도시된 운용범위 설정부에 의해 분석된 도플러주파수 오차 및 방위방향 해상도를 도시한 그래프이다. 도 22는 도 13과 도 21을 중첩하여 도시한 것으로, 가로축은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)을 나타내고, 세로축은 지향각(Squint angle, φ sq )을 나타낸다.22 is a graph illustrating Doppler frequency error and azimuth resolution analyzed by the operating range setting unit shown in FIG. 5 . 22 is an overlapping view of FIGS. 13 and 21 , wherein the horizontal axis represents the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ), and the vertical axis represents the directional angle (Squint angle, φ sq ).

도 22에서 사용된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템은, 비행고도(H0)는 1km이며, 전파입사각(θi)은 45°이고, 항공기의 가상위치(도 2의 u0)와 목표물 중심(f(xc,yc)) 사이의 거리(R0)는 1,414m인 X-밴드 레이더 시스템(X-band)이 사용되었다. 방위방향 반전력빔폭(φBW)은 0°에서 15°로 변경되었으며, 지향각(φ sq )은 0°에서 75°로 변경되면서 방위방향 해상도(Azimuth resolution)의 길이(m)를 측정하였다.The orientation angle SAR-based high-resolution image restoration system used in FIG. 22 has a flight altitude (H 0 ) of 1 km, a radio incidence angle (θ i ) is 45°, and the virtual position of the aircraft (u 0 in FIG. 2 ) and the target center An X-band radar system (X-band) with a distance (R 0 ) between (f(x c ,y c )) of 1,414 m was used. The azimuth reverse power beam width (φ BW ) was changed from 0° to 15°, and the beam angle ( φ sq ) was changed from 0° to 75° to measure the length (m) of the azimuth resolution.

도 22를 참조하면, 운용범위 설정부(330)에 의해 분석된 영역은 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)-지향각(Squint angle, φ sq ) 영역내에서 '높은 오차영역(High error zone (I))', '오차영역(Error zone (II))', 불안정영역(d), 및 안정영역(c)으로 구분된다.Referring to FIG. 22 , the region analyzed by the operating range setting unit 330 is a 'high error region (High) within the azimuth reverse power beam width (Azimuth HPBW, φ BW )-Squint angle ( φ sq ) region. It is divided into an error zone (I))', an 'error zone (II)', an unstable region (d), and a stable region (c).

도 13의 (2),(3), 도 15, 도 16, 및 도 22를 참조하면, '높은 오차영역(High error zone (I))'은 비선형오차 분석부(310)에 의해 분석된 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘는 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)-지향각(Squint angle, φ sq ) 범위를 나타낸다. '높은 오차영역(High error zone (I))'에서는 복원영상이 두 개의 십자형상을 나타내기 때문에, 목표물 중심의 위치를 특정할 수 없다.13 (2), (3), 15, 16, and 22 , the 'high error zone (I)' is Doppler analyzed by the nonlinear error analysis unit 310 . The frequency error (Δk u ') represents the range of the azimuth reverse power beam width (Azimuth HPBW, φ BW )-Squint angle ( φ sq ) beyond the threshold. In the 'high error zone (I)', since the reconstructed image shows two crosses, the position of the center of the target cannot be specified.

도 13의 (6), 도 19, 및 도 22를 참조하면, '오차영역(Error zone (II))'은 비선형오차 분석부(310)에 의해 분석된 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지는 않지만 지향각(φ sq ), 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 각각 최대오차 지향각, 최대오차 반전력빔폭보다 큰 범위를 나타낸다. ' 오차영역(Error zone (II))'에서는 복원영상이 하나의 십자형상을 나타내서 목표물 중심의 위치는 특정할 수 있으나, 해상도가 낮아서 복원영상의 품질이 저하된다.13 (6), 19, and 22, the 'error zone (II)' is a Doppler frequency error (Δk u ') analyzed by the nonlinear error analysis unit 310 is Although it does not exceed the threshold, the directivity angle ( ϕ sq ) and the azimuth direction reversal force beam width (ϕ BW ) represent a larger range than the maximum error directivity angle and maximum error reversal force beam width, respectively. In the 'Error zone (II)', the reconstructed image shows a single cross, so the location of the center of the target can be specified, but the quality of the reconstructed image is deteriorated due to low resolution.

도 13의 (5), 도 18, 및 도 22를 참조하면, '불안정영역(d)'은 비선형오차 분석부(310)에 의해 분석된 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지는 않지만 해상도 분석부(320)에 의해 분석된 방위방향 해상도(Azimuth resolution)가 임계해상도에 미치지 못하는 범위를 나타낸다. 본 실시예에서, 임계해상도는 0.3m이다. '불안정영역(d)'에서는 복원영상이 하나의 십자형상을 나타내어 목표물 중심의 위치는 특정할 수 있으나, 해상도가 낮아서 복원영상의 품질이 저하된다.13 (5), 18, and 22, in the 'unstable region (d)', the Doppler frequency error (Δk u ') analyzed by the nonlinear error analysis unit 310 does not exceed the threshold value. , but indicates a range in which the azimuth resolution analyzed by the resolution analyzing unit 320 does not reach the critical resolution. In this embodiment, the critical resolution is 0.3 m. In the 'unstable region (d)', the reconstructed image shows a single cross, so the location of the center of the target can be specified, but the quality of the reconstructed image is deteriorated due to low resolution.

도 13의 (1), 도 14, 및 도 22를 참조하면, '안정영역(c)'은 비선형오차 분석부(310)에 의해 분석된 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않으며 해상도 분석부(320)에 의해 분석된 방위방향 해상도(Azimuth resolution)가 임계해상도보다 우수한 범위를 나타낸다. '안정영역(c)'에서는 복원영상이 하나의 십자형상을 나타내어 목표물 중심의 위치를 특정할 수 있으며, 해상도도 양호하여 복원영상의 품질이 양호하다.13 (1), 14, and 22, in the 'stable region (c)', the Doppler frequency error (Δk u ') analyzed by the nonlinear error analysis unit 310 does not exceed the threshold value. and the azimuth resolution analyzed by the resolution analyzer 320 represents a range superior to the critical resolution. In the 'stable region (c)', the reconstructed image shows a single cross to specify the location of the center of the target, and the quality of the reconstructed image is good due to the good resolution.

도 23은 도 22에 도시된 (1) 지점의 복원영상의 거리방향 단면을 나타내는 그래프이다. 도 23에서, 가로축은 거리방향 해상도(m)이며, 세로축은 임펄스 응답 특성(Impulse Response Function; IRF)을 나타낸다.23 is a graph showing a cross-section in the distance direction of the reconstructed image of point (1) shown in FIG. 22 . In FIG. 23 , the horizontal axis represents the distance direction resolution (m), and the vertical axis represents an impulse response function (IRF).

도 23을 참조하면, 지향각(φ sq )이 30°이며 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 5°인 경우, 거리방향 해상도(△R)는 0.286m이었고 피크-사이드 비율(peak-side lobe ratio; PSLR)은 -15dB이었다.Referring to FIG. 23 , when the directivity angle ( φ sq ) is 30° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) is 5°, the distance direction resolution (ΔR) was 0.286 m and the peak-side ratio (peak-side ratio) lobe ratio; PSLR) was -15dB.

도 24는 도 22에 도시된 (1) 지점의 복원영상의 방위방향 단면을 나타내는 그래프이다. 도 24에서, 가로축은 방위방향 해상도(m)이며, 세로축은 임펄스 응답 특성(Impulse Response Function; IRF)을 나타낸다.24 is a graph showing an azimuth cross-section of the reconstructed image of point (1) shown in FIG. 22 . In FIG. 24 , the horizontal axis represents the azimuth resolution (m), and the vertical axis represents an impulse response function (IRF).

도 24를 참조하면, 동일한 지향각(φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)에서, 방위방향 해상도(△u)는 0.225m이었고 피크-사이드 비율(peak-side lobe ratio; PSLR)은 -13.3dB이었다.Referring to FIG. 24 , at the same beam angle ( φ sq ) and azimuth reverse power beam width (φ BW ), the azimuth resolution (Δu) was 0.225 m and the peak-side lobe ratio (PSLR) was It was -13.3 dB.

도 22 및 도 24를 참조하면, 지향각(φ sq )이 30°이며 방위방향 반전력빔폭(φBW)이 5°인 경우, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않으며 해상도도 양호하였다.22 and 24 , when the directivity angle ( φ sq ) is 30° and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) is 5°, the Doppler frequency error (Δk u ') does not exceed the threshold and the resolution was also good.

일 실시예에서, 안테나부재(110, 120)에 물리적으로 연결되어 지향각을 물리적으로 제어한다. 예를 들어, 운용범위 설정부(330)는 안테나부재(110, 120)를 제어하는 제어모터(335)를 포함하여 안테나부재(110, 120)의 지향각(φ sq )을 제어하고, 파형발생기(150)에 연결되어 발생되는 주파수를 제어함으로써 방위방향 반전력빔폭(φ BW )을 제어할 수 있다.In one embodiment, it is physically connected to the antenna members 110 and 120 to physically control the orientation angle. For example, the operating range setting unit 330 includes a control motor 335 for controlling the antenna members 110 and 120 to control the directional angle φ sq of the antenna members 110 and 120, and a waveform generator. By controlling the frequency generated by being connected to (150), the azimuth direction reverse force beam width ( φ BW ) can be controlled.

영상복원부(240)는 비선형오차 분석부(310)에 의해 설정된 지향각(Φ sq ) 값들 및 방위방향 반전력빔폭(Φ BW ) 값들에 의한 가상의 목표물 중심에 관한 각 화소별 복원영상 데이터를 합성개구면 상의 예비영상들로 복원하거나, 운용범위 설정부(330)에 의해 최종적으로 설정된 안정영역(도 22의 'c') 내의 지향각(Φ sq ) 및 방위방향 반전력빔폭(Φ BW )을 이용하여 실제 지형을 스캔한 각 화소별 복원영상 데이터를 조합하여 합성개구면 상의 최종영상으로 복원할 수 있다.The image restoration unit 240 restores image data for each pixel about the virtual target center by the directivity angle ( Φ sq ) values and the azimuth reverse power beam width ( Φ BW ) values set by the nonlinear error analysis unit 310 . Orientation angle ( Φ sq ) and azimuth reverse force beam width ( Φ BW ) in the stable region ('c' in FIG. 22) finally set by the operation range setting unit 330 or restored with preliminary images on the composite aperture It is possible to restore the final image on the composite aperture by combining the reconstructed image data for each pixel that has been scanned for the real topography using .

영상복원방법How to restore video

이하, 본 발명의 실시예에 따른 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법을 설명한다.Hereinafter, an image restoration method using a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system according to an embodiment of the present invention will be described.

도 25는 도 1에 도시된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법을 나타내는 흐름도이다.25 is a flowchart illustrating an image restoration method using the directional angle SAR-based high-resolution image restoration system shown in FIG. 1 .

도 1, 도 5, 및 도 25를 참조하면, 먼저 가상의 목표물중심(f(xc,yc))을 분석하기 위한 지향각(φsq)의 범위, 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 범위를 설정한다(단계 S110). 일 실시예에서, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값, 및 임계해상도를 함께 설정할 수도 있다.1, 5, and 25, first, the range of the beam angle (φ sq ) for analyzing the virtual target center (f(x c , y c )), the azimuth reversal force beam width (φ BW ) Set the range of (step S110). In an embodiment, the Doppler frequency error (Δk u ') may set the threshold value and the threshold resolution together.

구체적으로, 운용범위 설정부(330)는 지향각(φsq)의 범위를 0°내지 80°로 설정하고 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 범위를 0°내지 15°로 설정한다.Specifically, the operating range setting unit 330 sets the range of the directional angle (φ sq ) to 0° to 80° and sets the range of the azimuth reverse force beam width (φ BW ) to 0° to 15°.

이어서, 운용범위 설정부(330)는 도 13의 (1),(4),(5)와 같이 기설정된 방위방향 반전력빔폭(φBW) 범위 내의 임의의 방위방향 반전력빔폭(φBW) 값(예, 5°)에 대하여 기설정된 지향각(φsq)의 범위 내의 복수개의 서로 다른 지향각(φsq) 값들(10°, 30°, 60°)을 설정한다(단계 S120). 바람직하게는, 복수개의 서로 다른 지향각(φsq) 값들은 운용범위 설정부(330)에 의해 기설정된 지향각(φsq) 범위내에 골고루 분포하도록 설정된다.Subsequently, the operating range setting unit 330 is an arbitrary azimuth reverse power beam width (φ BW ) within a preset azimuth direction reversal force beam width (φ BW ) range as shown in (1), (4), (5) of FIG. 13 . For a value (eg, 5°), a plurality of different directivity angle (φ sq ) values (10°, 30°, 60°) within a range of a preset directivity angle (φ sq ) are set (step S120 ). Preferably, the plurality of different directional angle (φ sq ) values are set to be evenly distributed within the preset directional angle (φ sq ) range by the operating range setting unit 330 .

본 실시예에서, 운용범위 설정부(330)는 안테나부재(110, 120)를 제어하여 지향각(φsq)을 설정된 값들로 변경하고, 파형발생기(150)를 제어하여 방위방향 반전력빔폭(φBW)에 부합되는 신호를 발생시킨다.In this embodiment, the operating range setting unit 330 controls the antenna members 110 and 120 to change the directional angle φ sq to set values, and controls the waveform generator 150 to control the azimuth reverse power beam width ( It generates a signal corresponding to φ BW ).

이후에, 안테나부재(110, 120), 원시데이터 생성부재(210), 지향각 보정부재(220), 및 영상복원부(240)를 이용하여, 도 14, 도 17, 도 18과 같이 각각의 지향각(φsq) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)에 대응되는 예비영상들을 복원한다(S130). 예비영상들을 복원하는 단계는 도 26을 참조하여 상세하게 설명한다.Thereafter, using the antenna members 110 and 120, the raw data generating member 210, the orientation angle correction member 220, and the image restoration unit 240, each Preliminary images corresponding to the orientation angle (φ sq ) and the azimuth reverse force beam width (φ BW ) are restored ( S130 ). The step of reconstructing the preliminary images will be described in detail with reference to FIG. 26 .

도 26은 도 25의 예비영상을 복원하는 단계를 나타내는 블록도이다.FIG. 26 is a block diagram illustrating a step of reconstructing the preliminary image of FIG. 25 .

도 1, 도 3, 및 도 26을 참조하면, 먼저 기설정된 지향각(φsq)에 따라 송신파(2)를 지표면 상의 목표물 중심 f(xc, yc)으로 송신한다(S131).1, 3, and 26 , first, a transmission wave 2 is transmitted to the target center f(x c , y c ) on the ground surface according to a preset directivity angle φ sq ( S131 ).

송신파(2)를 생성하기 위하여, 파형발생기(150)를 이용하여 송신파(2)와 동일한 파형의 신호를 생성한다. 파형발생기(150)로부터 발생된 송신파(2)와 동일한 파형의 신호는 분배기(160)를 이용하여 송신안테나(110)와 믹서(205)로 분배된다. 분배기(160)를 이용하여 분배된 신호 중에서 송신안테나(110)로 인가된 신호가 송신파(2)가 되어 지표면 상의 목표물 중심 f(xc, yc)으로 송신된다.In order to generate the transmission wave 2 , a signal having the same waveform as the transmission wave 2 is generated using the waveform generator 150 . A signal having the same waveform as the transmission wave 2 generated from the waveform generator 150 is distributed to the transmission antenna 110 and the mixer 205 using the divider 160 . Among the signals distributed using the divider 160 , the signal applied to the transmission antenna 110 becomes the transmission wave 2 and is transmitted to the target center f(x c , y c ) on the ground surface.

계속해서, 수신안테나(120)를 이용하여 지표면의 목표물 중심 f(xc, yc)으로부터 반사되는 수신파(4)를 수신한다(S132).Subsequently, the reception wave 4 reflected from the target center f(x c , y c ) of the ground surface is received using the reception antenna 120 (S132).

이어서, 수신파(4)로부터 원시데이터를 생성한다(S133).Next, raw data is generated from the received wave 4 (S133).

수신파(4)로부터 원시데이터를 생성하기 위하여, 믹서(205)를 이용하여 분배기(160)로부터 인가받은 분배된 신호와 수신안테나(120)로부터 수신된 수신파(4)를 혼합한다. 원시데이터 생성부재(210)를 이용하여 믹서(205)에 의해 혼합된 신호로부터 지표면의 각 화소별 거리를 측정하여 각 화소별 거리를 나타내는 원시데이터 s(t,u)를 생성한다.In order to generate raw data from the reception wave 4 , the distributed signal received from the divider 160 and the reception wave 4 received from the reception antenna 120 are mixed using the mixer 205 . The raw data generating member 210 is used to measure the distance for each pixel on the ground surface from the signal mixed by the mixer 205 to generate raw data s(t,u) indicating the distance for each pixel.

계속해서, 지향각 보정부재(220)를 이용하여 원시데이터(s(t,u))에서 지향각으로 인한 오류를 보정한다. 원시데이터(s(t,u))에서 지향각으로 인한 오류를 보정하여 예비영상 데이터를 생성하는 단계를 구체적으로 설명한다.Subsequently, an error due to the orientation angle is corrected in the raw data s(t, u) by using the orientation angle correction member 220 . A step of generating preliminary image data by correcting an error due to an orientation angle in the raw data s(t, u) will be described in detail.

지향각으로 인한 오류를 보정하기 위하여, 먼저 제1 푸리에 변환부(221)를 이용하여 원시데이터(s(t,u))에 시간에 대한 1차 푸리에 변환을 수행하여 제1 푸리에 변환 데이터(s(f,u))를 생성한다(S134).In order to correct the error due to the orientation angle, first, the first Fourier transform data (s) by performing a first Fourier transform with respect to time on the raw data (s(t,u)) using the first Fourier transform unit 221 . (f, u)) is generated (S134).

이어서, 원시데이터 전처리부(223)를 이용하여 제1 푸리에 변환 데이터(s(f,u))를 지향각(Φ sq)만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 생성한다(S135).Next, the first corrected raw data (s(f,u')) is generated by rotating the first Fourier transform data (s(f,u)) by the orientation angle Φ sq using the raw data preprocessor 223 generated (S135).

제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 생성하기 위하여, 원시데이터 전처리부(223)의 제1 데이터 혼합부(225)를 이용하여 1차 푸리에 변환된 데이터에 베이스밴드 변환(Baseband Conversion) 필터(SBB (f,u))를 곱하여 1차 혼합기능을 수행하여 제1 혼합 데이터를 생성한다.In order to generate the first corrected raw data s(f,u'), the first-order Fourier-transformed data using the first data mixing unit 225 of the raw data pre-processing unit 223 is subjected to baseband transformation (Baseband). Conversion) filter (S BB (f, u)) is multiplied to perform a first mixing function to generate first mixed data.

이어서 원시데이터 전처리부(223)의 회전 리샘플링부(227)를 이용하여 제1 혼합데이터를 지향각(Φ sq)만큼 회전시켜서 [식 9]과 같은 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 생성한다.Then, by using the rotation resampling unit 227 of the raw data preprocessor 223 to rotate the first mixed data by the orientation angle Φ sq , the first corrected raw data (s(f, u') as in [Equation 9] )) is created.

이후에 제2 푸리에 변환부(229)를 이용하여 제1 보정 원시데이터(s(f,u'))를 지향각(Φ sq)만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수(u')에 대한 푸리에 변환(Fourier Transformation)을 수행하여 [식 10]와 같은 제2 보정 원시데이터(s(f,k'u))를 생성한다(S136).Thereafter, using the second Fourier transform unit 229, the first corrected raw data (s(f, u')) is subjected to a Fourier transform for the aircraft position variable (u') on the coordinate system rotated by the orientation angle Φ sq . (Fourier Transformation) is performed to generate second corrected raw data s(f,k' u ) as in [Equation 10] (S136).

계속해서, 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부(231)를 이용하여 제2 보정 원시데이터(s(f,ku'))에서 [식 12] 및 [식 13]에 따라 지향각(Φ sq)만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수(u')에 따른 변위를 보상하여 제3 보정 원시데이터를(s'(f,ku'))를 생성한다(S137). 본 발명의 실시예에서, 보정값([식 15])만큼 궤적 특성함수를 보정하는 단계를 더 포함한다.Then, the orientation angle according to [Equation 12] and [Equation 13] in the second corrected raw data s(f,k u ') using the Range Cell Migration (RCM) generator 231 The third corrected raw data (s'(f,k u ')) is generated by compensating for the displacement according to the aircraft position variable (u') on the coordinate system rotated by ( Φ sq ) (S137). In an embodiment of the present invention, the method further includes correcting the trajectory characteristic function by the correction value (Equation 15).

이어서, 제2 데이터 혼합부(233)를 이용하여 제3 보정 원시데이터(s'(f,ku'))에 정합필터(SM'(f,ku'))를 곱하여 제2 혼합 데이터를 생성한다.Next, the third corrected raw data s'(f,k u ') is multiplied by the matched filter S M '(f,k u ') using the second data mixing unit 233 to obtain the second mixed data to create

이후에, 푸리에 역변환부(235)를 이용하여 제2 혼합 데이터를 지향각(Φ sq)만큼 회전된 도플러 주파수(ku')로 역변환하여, 지표면 상의 좌표(x,y)에 따른 제4 보정 데이터(f'(x,y))를 생성한다(S138).Thereafter, by using the inverse Fourier transform unit 235 to inversely transform the second mixed data into the Doppler frequency k u ' rotated by the orientation angle Φ sq , the fourth correction according to the coordinates (x, y) on the ground surface Data (f'(x,y)) is generated (S138).

계속해서, 데이터 역회전부(237)를 이용하여 제4 보정 데이터(f'(x,y))를 지향각(Φ sq )만큼 역회전시켜서 복원된 예비영상 데이터(fc(x,y))를 생성한다(S139).Subsequently, the preliminary image data (f c (x, y)) restored by reverse-rotating the fourth correction data f'(x,y) by the orientation angle Φ sq using the data reverse rotation unit 237 to generate (S139).

이어서, 영상복원부(240)를 이용하여 데이터 역회전부(237)에 의해 생성된 각 화소별 복원영상 데이터(fc(x,y))를 조합하여 합성개구면 상의 예비영상으로 복원한다(S139).Next, the image restoration unit 240 is used to combine the restored image data f c (x,y) for each pixel generated by the data reverse rotation unit 237 to restore a preliminary image on the composite aperture (S139). ).

도 1, 도 5, 도 13, 및 도 25를 다시 참조하면, 이후에 비선형오차 분석부(310)는 [식 12] 내지 [식 17]를 이용하여 각각의 지향각(φsq) 값들 및 반전력빔폭(φBW) 값에 대한 도플러주파수 오차(△ku')들을 검출한다(S140).1, 5, 13, and 25 again, thereafter, the nonlinear error analysis unit 310 uses [Equation 12] to [Equation 17] to each directivity angle (φ sq ) values and half Doppler frequency errors (Δk u ') for the power beam width (φ BW ) value are detected (S140).

계속해서, 도 13에서와 같이 도플러주파수 오차(△ku')가 최대값이 되는 지향각(φsq)을 산출하여 최대오차 지향각으로 설정한다(S150). 예를 들어, 각각의 지향각들(φsq)에 대응되는 도플러주파수 오차(△ku')를 근사(approximation)하여 최대오차 지향각을 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 13의 (1)에서 지향각(φsq)이 30°일 때 도플러주파수 오차(△ku')가 최대값인 0.08을 나타내므로, 30°가 최대오차 지향각이 된다. 다른 실시예에서, 도플러주파수 오차(△ku')가 최대값을 갖는 두 개의 서로 다른 지향각들이 존재하는 경우, 두 지향각들의 중간값을 최대오차 지향각으로 설정할 수도 있다. 당해 기술분야에서 통상의 지식과 경험을 가진 자라면, 복수개의 지향각(φsq)들에 대응되는 도플러주파수 오차(△ku')들에 대하여 다양한 방식의 근사법을 적용하여 최대오차 지향각을 용이하게 구할 수 있을 것이다.Subsequently, as shown in FIG. 13 , the directivity angle φ sq at which the Doppler frequency error Δk u ' has the maximum value is calculated and set as the maximum error directivity angle ( S150 ). For example, the maximum error directivity angle may be set by approximating the Doppler frequency error Δk u ' corresponding to each of the directivity angles φ sq . For example, in (1) of FIG. 13, when the directivity angle φ sq is 30°, the Doppler frequency error Δk u ' represents 0.08, which is the maximum value, so 30° becomes the maximum error directivity angle. In another embodiment, when there are two different directional angles having a maximum Doppler frequency error (Δk u '), an intermediate value of the two directional angles may be set as the maximum error directional angle. Those with ordinary knowledge and experience in the art can determine the maximum error directivity angle by applying various approximations to the Doppler frequency errors (Δk u ') corresponding to the plurality of directivity angles (φ sq ). will be readily available.

이어서, 운용범위 설정부는 지향각(φsq)을 최대오차 지향각으로 설정하고 기설정된 방위방향 반전력빔폭(φBW) 범위 내의 복수개의 서로 다른 방위방향 반전력빔폭(φBW) 값들을 설정한다(단계 S160). 예를 들어, 도 13의 (1),(2),(3)과 같이 최대오차 지향각 30°에 대하여 5°, 7.5°, 10°의 방위방향 반전력빔폭(φBW) 값들을 설정할 수 있다. 바람직하게는, 복수개의 서로 다른 방위방향 반전력빔폭(φBW) 값들은 운용범위 설정부(330)에 의해 기설정된 방위방향 반전력빔폭(φBW) 범위내에 골고루 분포하도록 설정된다.Then, the operating range setting unit sets the directing angle (φ sq ) as the maximum error directing angle, and sets a plurality of different azimuth reverse power beam width (φ BW ) values within the preset azimuth direction reversing power beam width (φ BW ) range. (Step S160). For example, as shown in (1), (2), (3) of FIG. 13 , azimuth reverse force beam width (φ BW ) values of 5°, 7.5°, and 10° can be set for the maximum error directivity angle of 30°. have. Preferably, the plurality of different azimuth reversing force beam width (φ BW ) values are set to be evenly distributed within a preset azimuth direction reversing force beam width (φ BW ) range by the operation range setting unit 330 .

이후에, 최대오차 지향각 및 복수개의 방위방향 반전력빔폭(φBW) 값들에 대응되는 예비영상을 다시 복원한다(S170). 예비영상을 다시 복원하는 단계(S160)는 전술한 단계 S130과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.Thereafter, the preliminary image corresponding to the maximum error directivity angle and the plurality of azimuth reverse power beam width (φ BW ) values is reconstructed ( S170 ). Since the step of reconstructing the preliminary image ( S160 ) is the same as the above-described step S130 , a redundant description will be omitted.

계속해서, 복원된 예비영상들을 분석하여 도플러주파수 오차(△ku')의 임계값에 대응되는 최대오차 반전력빔폭을 설정한다(S180).Subsequently, by analyzing the reconstructed preliminary images, the maximum error half-power beam width corresponding to the threshold value of the Doppler frequency error (Δk u ') is set (S180).

최대오차 반전력빔폭을 설정하기 위하여, 복원된 예비영상들을 분석하여 하나의 십자형상을 이루는 지점의 방위방향 반전력빔폭(φBW)과 두 개의 십자형상을 이루는 지점의 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 중간값을 최대오차 반전력빔폭으로 설정한다. 예를 들어, 도 13의 (1),(2)와 같이, 하나의 십자형상을 이루는 지점(1)의 방위방향 반전력빔폭(φBW)과 두 개의 십자형상을 이루는 지점(2)의 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 중간값인 6.25°를 최대오차 반전력빔폭으로 설정할 수 있다.In order to set the maximum error reversal power beam width, the reconstructed preliminary images are analyzed and the azimuth reversal force beam width (φ BW ) of the point forming one cross shape and the azimuth reversing force beam width (φ) at the point forming two cross shapes BW ) is set as the maximum error half-power beam width. For example, as shown in (1), (2) of FIG. 13, the azimuth direction reverse force beam width (φ BW ) of the point (1) forming one cross shape and the orientation of the point (2) forming two cross shapes 6.25°, which is the middle value of the direction reversal force beam width (φ BW ), can be set as the maximum error reversal force beam width.

일 실시예에서, 기설정된 도플러주파수 오차(△ku')를 임계값을 사용하지 않고, 비선형오차 분석부(310)가 최대오차 지향각 및 최대오차 반전력빔폭에 대응되는 도플러주파수 오차(△ku')를 임계값으로 설정하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 13의 (1),(2)의 도플러주파수 오차(△ku')가 각각 0.08rad/m, 0.22rad/m이므로, 그 중간값인 0.15rad/m가 도플러주파수 오차(△ku')를 임계값으로 설정될 수 있다.In one embodiment, without using a threshold value for the preset Doppler frequency error (Δk u '), the nonlinear error analysis unit 310 generates a Doppler frequency error (Δ) corresponding to the maximum error directivity angle and the maximum error inversion power beam width. It may further include the step of setting k u ') as a threshold value. For example, since the Doppler frequency error (Δk u ') in (1) and (2) of FIG. 13 is 0.08 rad/m and 0.22 rad/m, respectively, the median value of 0.15 rad/m is the Doppler frequency error ( Δk u ') may be set as a threshold value.

이어서, 기설정된 임계해상도 내의 지향각(φsq) 범위 및 방위방향 반전력빔폭(φBW) 범위를 설정한다(S190).Next, a range of a directivity angle (φ sq ) and an azimuth direction reverse power beam width (φ BW ) range within the preset critical resolution are set ( S190 ).

기설정된 임계해상도 내의 지향각(φsq) 범위 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 결정하기 위하여, [식 12] 및 [식 19]을 이용하여 해상도 분석부(320)는 도 21과 같이 임계해상도에 대응되는 지향각(φsq) 범위 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 범위를 결정한다. 예를 들어, 도 21의 (r)과 같이 기설정된 임계해상도는 0.3m이고, 임계해상도에 대응되는 지향각(φsq) 범위 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 범위는 도 21에서 임계해상도 그래프 (r)의 우측하부영역일 수 있다.In order to determine the range of the beam angle (φ sq ) and the azimuth reverse power beam width (φ BW ) within the preset critical resolution, the resolution analysis unit 320 using [Equation 12] and [Equation 19] is Determine the range of the directional angle (φ sq ) and the azimuth reverse power beam width (φ BW ) corresponding to the critical resolution. For example, as shown in (r) of FIG. 21 , the preset critical resolution is 0.3 m, and the range of the directivity angle (φ sq ) range and the azimuth reverse power beam width (φ BW ) corresponding to the critical resolution is critical in FIG. It may be the lower right area of the resolution graph (r).

이후에, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않으며 방위방향 해상도(Azimuth resolution)이 임계해상도를 넘지 않는 안정영역(c) 내의 지향각(φsq)의 범위 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)의 범위를 설정한다(S200).After that, the range of the orientation angle (φ sq ) and the azimuth reversal force in the stable region (c) where the Doppler frequency error (Δk u ') does not exceed the threshold and the azimuth resolution does not exceed the critical resolution The range of the beam width φ BW is set ( S200 ).

구체적으로, 운용범위 설정부(330)는 비선형오차 분석부(310)에 의해 분석된 도플러주파수 오차범위와 해상도 분석부(320)에 의해 분석된 해상도 범위를 중첩하여, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않으며 방위방향 해상도(Azimuth resolution)이 임계해상도를 넘지 않는 지향각(φsq) 및 방위방향 반전력빔폭(φBW)을 설정한다.Specifically, the operating range setting unit 330 overlaps the Doppler frequency error range analyzed by the nonlinear error analysis unit 310 and the resolution range analyzed by the resolution analysis unit 320, and the Doppler frequency error (Δk u ) ') does not exceed the threshold value and the azimuth resolution does not exceed the threshold resolution (φ sq ) and the azimuth reverse power beam width (φ BW ) are set.

예를 들어, 운용범위 설정부(330)는 도 22에서와 같이, 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW)-지향각(Squint angle, φsq) 영역을 '높은 오차영역(High error zone (I))', '오차영역(Error zone (II))', 불안정영역(d), 및 안정영역(c)으로 구분할 수 있다.For example, as in FIG. 22 , the operating range setting unit 330 sets the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW )-Squint angle (φ sq ) region to a ‘high error zone’ (I))', 'error zone (II)', unstable zone (d), and stable zone (c) can be divided.

'안정영역(c)'은 비선형오차 분석부(310)에 의해 분석된 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값을 넘지 않으며 해상도 분석부(320)에 의해 분석된 방위방향 해상도(Azimuth resolution)가 임계해상도보다 우수한 범위를 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, '안정영역(c)'은 최대오차 반전력빔폭과 최대오차 지향각에 의해 설정된 지점(p)을 기준으로, 방위방향 해상도의 임계해성도(r) 그래프의 아래쪽에 위치하며, 도플러주파수 오차(△ku')가 임계값(t) 그래프의 바깥쪽에 위치하는 영역일 수 있다.In the 'stable region (c)', the Doppler frequency error (Δk u ') analyzed by the nonlinear error analysis unit 310 does not exceed a threshold value, and the azimuth resolution analyzed by the resolution analysis unit 320 (Azimuth resolution) ) indicates a range superior to the critical resolution. In an embodiment of the present invention, the 'stable region (c)' is at the bottom of the critical resolution (r) graph of the azimuth resolution based on the point (p) set by the maximum error reversal power beam width and the maximum error directivity angle. It may be a region in which the Doppler frequency error (Δk u ') is located outside the threshold value (t) graph.

'안정영역(c)'에서는 복원된 예비영상이 하나의 십자형상을 나타내어 목표물 중심의 위치를 특정할 수 있으며, 해상도도 양호하여 복원된 예비영상의 품질이 양호하다.In the 'stable region (c)', the reconstructed preliminary image shows a single cross so that the position of the center of the target can be specified, and the quality of the reconstructed preliminary image is good due to good resolution.

이어서, 안정영역(c)에 해당하는 방위방향 반전력빔폭(Azimuth HPBW, φBW) 및 지향각(Squint angle, φsq)을 각각 파형발생기(150) 및 안테나부재(110, 120)에 인가하여, 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 최종적으로 셋팅한다.Then, by applying the azimuth reverse force beam width (Azimuth HPBW, φ BW ) and the directional angle (Squint angle, φ sq ) corresponding to the stable region (c) to the waveform generator 150 and the antenna members 110 and 120, respectively, , finally set the high-resolution image restoration system based on the directional angle SAR.

이후 방위방향 반전력빔폭(φBW) 및 지향각(φsq)이 안정영역 내로 설정된 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용하여 실제 지형을 스캔하고, 각 화소별 복원영상 데이터(fc(x,y))를 조합하여 합성개구면 상의 최종영상으로 복원한다(S210).Thereafter, the actual terrain is scanned using a high-resolution image restoration system based on the azimuth angle SAR in which the azimuth reverse power beam width (φ BW ) and the beam angle (φ sq ) are set within the stable region, and the restored image data for each pixel (f c (x , y)) is combined to restore the final image on the composite aperture (S210).

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, Squint-SAR 영상복원 시스템에서 레이더의 물리적 특성을 사전에 조정하여, 조사방향이 비틀어져서 발생하는 지향각 SAR(Squint-SAR) 데이터의 오차, 반전력빔폭의 범위를 제대로 설정하지 못해서 발생하는 오차 등이 발생하는 것을 사전에 제어하여 보정가능한 범위내의 원시데이터가 생성되도록 미리 설정할 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, by adjusting the physical characteristics of the radar in advance in the Squint-SAR image restoration system, the directional angle SAR (Squint-SAR) data error caused by twisting the irradiation direction, the reverse power beam width It can be set in advance so that raw data within a range that can be corrected is generated by controlling in advance the occurrence of errors caused by failing to set the range of .

또한 오차발생의 예측이 어렵고 발생된 오차의 보정도 어려운 Squint-SAR 영상복원 시스템의 비선형거동에서, 사전에 오차범위를 임계치 내로 설정함으로써 검사결과의 정확도를 향상시킨다.In addition, in the nonlinear behavior of the Squint-SAR image restoration system, which is difficult to predict and correct for errors, the accuracy of inspection results is improved by setting the error range within a threshold in advance.

또한 지향각(Φ sq ), 합성개구면 유효길이(L), 반전력빔폭(Φ BW ), 등과 같은 변수를 설정함에 있어서, 도플러주파수 오차 및 해상도를 고려하여 시행착오 없이 우수한 화질의 복원영상을 생성할 수 있다.In addition, in setting variables such as the orientation angle ( Φ sq ), the effective length of the composite aperture (L), the half-power beam width ( Φ BW ), etc., the reconstructed image of excellent quality can be obtained without trial and error considering the Doppler frequency error and resolution. can create

또한 Squint-SAR 영상복원 시스템 자체를 사전에 제어하여, 원시데이터가 보정가능한 오차범위내로 수렴하도록 하기 때문에, 다양한 영상복원기법에 적용될 수 있는 장점이 있다.In addition, since the Squint-SAR image restoration system itself is controlled in advance so that the raw data converges within a correctable error range, it has the advantage of being applicable to various image restoration techniques.

또한, 오차범위내로 수렴된 원시데이터에 대하여, 회전 리샘플링부, 제2 푸리에변환부, 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부, 및 데이터 역회전부를 이용하여 4차례에 거쳐서 지향각에 의한 영향을 보정함으로써 복원영상의 정확도가 향상된다.In addition, with respect to the raw data converged within the error range, the rotational resampling unit, the second Fourier transform unit, the trajectory characteristic function (Range Cell Migration; RCM) generation unit, and the data reverse rotation unit are used for 4 times by using the orientation angle. By correcting the influence, the accuracy of the restored image is improved.

본 발명은 항공뷰, 지형도 작성, 해양탐사, 원격탐사, 인공위성탐사, 항공기탐사, 부유실험장치를 이용한 탐사, 조류탐사, 기상탐사, 군사용 등의 용도로 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.The present invention has industrial applicability that can be used for purposes such as aerial view, topographical mapping, ocean exploration, remote sensing, artificial satellite exploration, aircraft exploration, exploration using a floating experimental device, bird exploration, meteorological exploration, military use, and the like.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following utility model registration claims. You will understand that there is

110, 120 : 안테나부재 150 : 파형발생기
160 : 분배기 205 : 믹서
210 : 원시데이터 생성부재 220 : 지향각 보정부재
20 : 원시데이터 변환부 221 : 제1 푸리에 변환부
223 : 원시데이터 전처리부 225 : 제1 데이터 혼합부
227 : 회전 리샘플링부 229 : 제2 푸리에 변환부
231 : 궤적 특성함수(Range Cell Migration; RCM) 생성부
233 : 제2 데이터 혼합부 33 : 데이터 혼합부
235, 35 : 제3 푸리에 변환부 237 : 데이터 역회전부
240 : 영상복원부 300 : 운용범위 제어부재
310 : 비선형오차 분석부 320 : 해상도 분석부
330 : 운용범위 설정부
110, 120: antenna member 150: waveform generator
160: divider 205: mixer
210: raw data generating member 220: orientation angle correction member
20: raw data transform unit 221: first Fourier transform unit
223: raw data preprocessor 225: first data mixing unit
227: rotation resampling unit 229: second Fourier transform unit
231: Range Cell Migration (RCM) generation unit
233: second data mixing unit 33: data mixing unit
235, 35: third Fourier transform unit 237: data inverse rotation unit
240: image restoration unit 300: operating range control material
310: non-linear error analysis unit 320: resolution analysis unit
330: operating range setting unit

Claims (10)

송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기;
상기 파형발생기에 연결되며, 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기;
상기 분배기에 연결되며, 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함하되, 항공기 이동방향에 수직한 방향을 기준으로 지향각만큼 기울어진 안테나부재;
상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며, 상기 분배기로부터 인가받은 상기 분배된 신호와 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하는 믹서;
상기 믹서와 연결되며, 상기 믹서로부터 상기 혼합된 신호를 인가받아 상기 지표면의 목표물 중심과의 거리를 측정하여 상기 목표물 중심의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성하는 원시데이터 생성부재;
상기 원시데이터 생성부재에 연결되어, 상기 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전된 거리-도플러 주파수 영역 상의 보정 원시데이터로 변경하고 상기 보정 원시데이터를 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하여 화소별 복원영상 데이터를 생성하는 지향각 보정부재;
상기 복원영상 데이터를 각 화소별로 투영하여 가상의 목표물중심에 관한 예비영상으로 복원하거나 실제 지형을 스캔한 최종영상을 복원하는 영상복원부;
상기 안테나부재, 상기 파형발생기, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부에 연결되고, 상기 지향각 및 상기 송신파의 반전력빔폭 변화에 따른 상기 보정 원시데이터의 도플러주파수 오차를 분석하여 상기 도플러주파수 오차의 임계값을 넘지 않는 최대오차 지향각 및 최대오차 반전력빔폭을 설정하는 비선형오차 분석부와, 상기 복원된 예비영상을 분석하여 상기 지향각 및 상기 반전력빔폭 변화에 따른 해상도가 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하는 해상도 분석부와, 상기 비선형오차 분석부의 분석결과 및 상기 해상도 분석부의 분석결과를 조합하여 상기 도플러주파수 오차가 상기 임계값을 넘지 않으며 상기 복원된 예비영상의 해상도가 상기 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하여 상기 안테나부재 및 상기 파형발생기를 제어하는 운용범위 설정부를 포함하는 운용범위 설정부재를 포함하는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템.
a waveform generator for generating a signal having the same waveform as that of the transmission wave;
a divider connected to the waveform generator and receiving and distributing the signal generated from the waveform generator;
It is connected to the splitter and includes a transmit antenna for receiving the distributed signal from the splitter to transmit the transmit wave to the ground surface and a receive antenna for receiving the receive wave reflected from the ground surface, the direction perpendicular to the direction of movement of the aircraft An antenna member inclined as much as a directivity angle with respect to ;
a mixer connected to the splitter and the receiving antenna and mixing the distributed signal applied from the splitter and the receiving wave received from the receiving antenna;
a raw data generating member connected to the mixer, receiving the mixed signal from the mixer, measuring a distance from the center of the target on the ground surface, and generating raw data indicating the location of the center of the target;
It is connected to the raw data generating member to change the raw data into corrected raw data on the distance-Doppler frequency domain rotated by the orientation angle, and convert the corrected raw data to the displacement according to the movement of the aircraft by the orientation angle. an orientation angle correction member for generating reconstructed image data for each pixel by compensating for the state;
an image restoration unit that projects the restored image data for each pixel to restore a preliminary image about a virtual target center or restores a final image obtained by scanning real terrain;
It is connected to the antenna member, the waveform generator, the directivity angle correction member, and the image restoration unit, and analyzes the Doppler frequency error of the corrected raw data according to the change in the directivity angle and the inverse power beam width of the transmitted wave to analyze the Doppler A non-linear error analysis unit that sets a maximum error directivity angle and maximum error reversal power beam width that do not exceed the threshold of frequency error, and a resolution according to a change in the directivity angle and the reversal power beam width by analyzing the restored preliminary image is a critical resolution A resolution analysis unit that sets a beam-width of the beam angle and half-power not exceeding A directional angle SAR-based high-resolution image restoration system comprising an operating range setting unit including an operating range setting unit for controlling the antenna member and the waveform generator by setting a beam width and a beam width whose resolution does not exceed the critical resolution.
제1항에 있어서, 상기 비선형오차 분석부는 상기 도플러주파수 오차를 [식 1], [식 2], [식 3]과 같이 RMS(Root Mean Square) 방식으로 구하는 것을 특징으로 하는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템.
[식 1]
Figure 112020087278895-pat00060

([식 1]에서, N은 합성개구면에서 안테나부재(110, 120)의 위치를 나타내는 샘플개수이고, u'n은 합성개구면에서 지향각(Φ sq )만큼 회전된 좌표계(u') 상에서 항공기 이동에 따른 안테나부재(110, 120)의 각 위치(샘플)에 대응되며, ku'(u')는 [식 2]에 대응되고, fit(u')함수는 1차식으로 근사시킨(fitting) 함수이다)
[식 2]
Figure 112020087278895-pat00061

([식 2]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 3]으로 나타낸다)
[식 3]
Figure 112020087278895-pat00062

([식 3]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)
According to claim 1, wherein the non-linear error analysis unit, the orientation angle SAR-based high resolution, characterized in that the RMS (Root Mean Square) method as in [Equation 1], [Equation 2], [Equation 3] to obtain the Doppler frequency error. video restoration system.
[Equation 1]
Figure 112020087278895-pat00060

(In [Equation 1], N is the number of samples indicating the positions of the antenna members 110 and 120 in the composite aperture, and u' n is the coordinate system rotated by the beam angle ( Φ sq ) in the composite aperture (u') Corresponds to each position (sample) of the antenna members 110 and 120 according to the movement of the aircraft on the plane, k u '(u') corresponds to [Equation 2], and the fit(u') function is approximated by a linear equation (fitting) is a function)
[Equation 2]
Figure 112020087278895-pat00061

(In [Equation 2], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle on the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 3])
[Equation 3]
Figure 112020087278895-pat00062

(In [Equation 3], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)
제1항에 있어서, 상기 해상도 분석부는 [식 2] 및 [식 4]을 이용하여 지향각과 방위방향 해상도를 분석하여 임계해상도 내의 지향각 범위 및 방위방향 반전력빔폭의 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템.
[식 2]
Figure 112020087278895-pat00063

([식 2]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 3]으로 나타낸다)
[식 3]
Figure 112020087278895-pat00064

([식 3]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)
[식 4]
△u=2π/BW ku’
([식 4]에서, BW ku' 는 주파수 대역폭을 나타낸다)
The method of claim 1, wherein the resolution analyzer analyzes the beam angle and azimuth resolution using [Equation 2] and [Equation 4] to set the range of the beam width and the range of the beam width in the azimuth direction within the critical resolution. A high-resolution image restoration system based on directional angle SAR.
[Equation 2]
Figure 112020087278895-pat00063

(In [Equation 2], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle on the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 3])
[Equation 3]
Figure 112020087278895-pat00064

(In [Equation 3], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)
[Equation 4]
△u=2π/BW ku'
(In [Equation 4], BW ku' represents the frequency bandwidth)
제1항에 있어서, 상기 지향각 보정보재는,
상기 원시데이터 생성부재에 연결되며, 상기 원시데이터에 시간에 대한 1차 푸리에 변환을 수행하는 제1 푸리에 변환부;
상기 제1 푸리에 변환부에 연결되며, 상기 1차 푸리에 변환된 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터를 생성하는 원시데이터 전처리부;
상기 원시데이터 전처리부에 연결되며, 상기 제1 보정 원시데이터에 상기 지향각만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수에 대한 푸리에 변환을 수행하여 제2 보정 원시데이터를 생성하는 제2 푸리에 변환부;
상기 제2 푸리에 변환부에 연결되며, 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하고, 상기 회전으로 인하여 발생하는 거리차를 추가로 보상하여 제3 보정 원시데이터를 생성하는 궤적 특성함수 생성부;
상기 제3 보정 원시데이터에 정합필터를 곱하는 생성된 혼합데이터를 상기 지향각만큼 회전된 도플러 주파수로 푸리에 역변환하여 지표면 상의 좌표에 따른 제4 보정 데이터를 생성하는 푸리에 역변환부; 및
상기 푸리에 역변환부에 연결되며, 상기 제4 보정 데이터를 상기 지향각만큼 역회전시켜서 복원영상 데이터를 생성하는 데이터 역회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템.
According to claim 1, wherein the orientation angle correction information,
a first Fourier transform unit connected to the raw data generating member and performing a first Fourier transform with respect to time on the raw data;
a raw data preprocessing unit connected to the first Fourier transform unit and configured to generate first corrected raw data by rotating the first Fourier transformed raw data by the orientation angle;
a second Fourier transform unit connected to the raw data pre-processing unit and generating second corrected raw data by performing a Fourier transform on the aircraft position variable on the coordinate system rotated by the orientation angle on the first corrected raw data;
Connected to the second Fourier transform unit, compensating for displacement according to the movement of the aircraft in a state rotated by the orientation angle, and further compensating for a distance difference caused by the rotation to generate third corrected raw data trajectory characteristic function generator;
an inverse Fourier transform unit for generating fourth corrected data according to coordinates on the earth's surface by inverse Fourier transforming the generated mixed data obtained by multiplying the third corrected raw data by a matched filter with a Doppler frequency rotated by the orientation angle; and
and a data inverse rotator connected to the inverse Fourier transform unit to generate reconstructed image data by inversely rotating the fourth correction data by the orientation angle.
송신파와 동일한 파형의 신호를 생성하는 파형발생기와, 상기 파형발생기에 연결되며 상기 파형발생기로부터 발생된 신호를 인가받아 분배하는 분배기와, 상기 분배기에 연결되며 상기 분배기로부터 상기 분배된 신호를 인가받아 상기 송신파를 지표면으로 송신하는 송신안테나와 상기 지표면으로부터 반사되는 수신파를 수신하는 수신안테나를 포함하되 항공기 이동방향에 수직한 방향을 기준으로 지향각만큼 기울어진 안테나부재와, 상기 분배기 및 상기 수신안테나에 연결되며 상기 분배기로부터 인가받은 상기 분배된 신호와 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하는 믹서와, 상기 믹서와 연결되며 상기 믹서로부터 상기 혼합된 신호를 인가받아 상기 지표면의 목표물 중심과의 거리를 측정하여 상기 목표물 중심의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성하는 원시데이터 생성부재와, 상기 원시데이터 생성부재에 연결되어 상기 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전된 거리-도플러 주파수 영역 상의 보정 원시데이터로 변경하고 상기 보정 원시데이터를 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하여 화소별 복원영상 데이터를 생성하는 지향각 보정부재와, 상기 복원영상 데이터를 각 화소별로 투영하여 가상의 목표물중심에 관한 예비영상으로 복원하거나 실제 지형을 스캔한 최종영상을 복원하는 영상복원부와, 상기 안테나부재, 상기 파형발생기, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부에 연결되고 입력된 지향각 및 반전력빔폭에 따른 도플러주파수 오차를 분석하는 비선형오차 분석부와 상기 입력된 지향각 및 반전력빔폭에 따른 해상도를 분석하는 해상도 분석부와 상기 지향각 및 상기 반전력빔폭의 운용범위를 설정하는 운용범위 설정부를 포함하는 운용범위 설정부재를 포함하는 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템을 이용한 영상복원방법에 있어서,
상기 운용범위 설정부를 이용하여 가상의 목표물중심을 분석하기 위한 지향각의 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정하는 단계;
상기 운용범위 설정부를 이용하여 상기 설정된 반전력빔폭의 범위 내에서 임의의 값을 설정하고 상기 설정된 지향각의 범위 내에서 복수개의 서로 다른 지향각 값들을 설정하는 단계;
상기 원시데이터 생성부재, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부를 이용하여 상기 각각의 지향각 값들 및 상기 설정된 반전력빔폭 값에 대응되는 예비영상들을 복원하는 단계;
상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 각각의 지향각 값들 및 상기 설정된 반전력빔폭 값에 대응되는 도플러주파수 오차를 검출하는 단계;
상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 검출된 도플러주파수 오차가 최대값이 되는 지향각을 산출하여 최대오차 지향각으로 설정하는 단계;
상기 운용범위 설정부를 이용하여 상기 최대오차 지향각을 지향각 값으로 설정하고 상기 설정된 반전력빔폭의 범위 내에서 복수개의 서로 다른 반전력빔폭 값들을 설정하는 단계;
상기 원시데이터 생성부재, 상기 지향각 보정부재, 및 상기 영상복원부를 이용하여 상기 각각의 최대오차 지향각 값 및 상기 각각의 반전력빔폭 값들에 대응되는 예비영상들을 복원하는 단계;
상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 복원된 예비영상들을 분석하여 상기 도플러주파수 오차의 임계값에 대응되는 최대오차 반전력빔폭을 설정하는 단계;
상기 해상도 분석부를 이용하여 기설정된 임계해상도 내의 지향각 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정하는 단계;
상기 운용범위 설정부를 이용하여 상기 비선형오차 분석부의 분석결과 및 상기 해상도 분석부의 분석결과를 조합하여 상기 도플러주파수 오차가 상기 임계값을 넘지 않으며 상기 복원된 예비영상의 해상도가 상기 임계해상도를 넘지 않는 지향각 및 반전력빔폭을 설정하여 상기 안테나부재 및 상기 파형발생기를 제어하는 단계; 및
상기 지향각 및 상기 반전력빔폭을 상기 지향각 SAR 기반 고해상도 영상복원 시스템에 적용하여 실제 지형을 스캔하고, 각 화소별 복원영상 데이터를 조합하여 합성개구면 상의 최종영상을 복원하는 단계를 포함하는 영상복원방법.
a waveform generator for generating a signal having the same waveform as a transmission wave; a divider connected to the waveform generator to receive and distribute a signal generated from the waveform generator; An antenna member including a transmission antenna for transmitting a transmission wave to the ground surface and a reception antenna for receiving a reception wave reflected from the ground surface, the antenna member being inclined as much as a directivity angle with respect to a direction perpendicular to the direction of movement of the aircraft, the splitter and the reception antenna a mixer connected to and mixing the distributed signal received from the divider and the received wave received from the receiving antenna, and connected to the mixer and receiving the mixed signal from the mixer a raw data generating member that measures a distance to generate raw data indicating the position of the center of the target; an orientation angle correction member for generating reconstructed image data for each pixel by changing the corrected raw data and compensating for displacement according to the movement of the aircraft to a state rotated by the orientation angle, and projecting the restored image data for each pixel to create a virtual An image restoration unit that restores a preliminary image about the target center of the image restoration unit or restores a final image obtained by scanning the actual terrain, and the antenna member, the waveform generator, the orientation angle correction member, and the orientation inputted by the antenna member A nonlinear error analysis unit that analyzes the Doppler frequency error according to the angle and the half-power beam width, a resolution analyzer that analyzes the resolution according to the input beam angle and the half-power beam width, and the operating range of the beam angle and the half-power beam width are set In an image restoration method using a directional angle SAR-based high-resolution image restoration system including an operating range setting member including an operating range setting unit,
setting a range of an orientation angle and a range of a half-power beam width for analyzing a virtual target center using the operating range setting unit;
setting an arbitrary value within the range of the set half-power beam width using the operating range setting unit and setting a plurality of different beam angle values within the range of the set beam angle;
reconstructing preliminary images corresponding to each of the beam angle values and the set half-power beam width value using the raw data generating member, the beam angle correction member, and the image restoration unit;
detecting a Doppler frequency error corresponding to each of the beam angle values and the set reversal power beam width value using the nonlinear error analysis unit;
calculating a directivity angle at which the detected Doppler frequency error has a maximum value using the nonlinear error analysis unit and setting it as a maximum error directivity angle;
setting the maximum error directivity angle as a directivity angle value using the operating range setting unit and setting a plurality of different semi-power beamwidth values within the range of the set half-power beamwidth;
reconstructing preliminary images corresponding to each of the maximum error directivity angle values and the respective half-power beam width values by using the raw data generating member, the orientation angle correction member, and the image restoration unit;
analyzing the reconstructed preliminary images using the nonlinear error analyzer to set a maximum error inversion power beam width corresponding to a threshold value of the Doppler frequency error;
setting a range of an orientation angle range and a half-power beam width within a preset critical resolution using the resolution analyzer;
By combining the analysis result of the nonlinear error analysis unit and the analysis result of the resolution analysis unit using the operating range setting unit, the Doppler frequency error does not exceed the threshold value and the resolution of the restored preliminary image does not exceed the threshold resolution controlling the antenna member and the waveform generator by setting the angle and the reverse power beam width; and
An image comprising the step of applying the beam angle and the half-power beam width to the beam angle SAR-based high-resolution image restoration system to scan the real topography, and combining the restored image data for each pixel to restore the final image on the composite aperture How to restore.
제5항에 있어서, 상기 도플러주파수 오차를 검출하는 단계는 상기 도플러주파수 오차를 [식 1]과 같이 RMS(Root Mean Square) 방식으로 구하는 것을 특징으로 하는 영상복원방법.
[식 1]
Figure 112020087278895-pat00065

([식 1]에서, N은 합성개구면에서 안테나부재(110, 120)의 위치를 나타내는 샘플개수이고, u'n은 합성개구면에서 지향각(Φ sq )만큼 회전된 좌표계(u') 상에서 항공기 이동에 따른 안테나부재(110, 120)의 각 위치(샘플)에 대응되며, ku'(u')는 [식 2]에 대응되고, fit(u')함수는 1차식으로 근사시킨(fitting) 함수이다)
[식 2]
Figure 112020087278895-pat00066

([식 2]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 3]으로 나타낸다)
[식 3]
Figure 112020087278895-pat00067

([식 3]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)
The method of claim 5, wherein the detecting of the Doppler frequency error comprises obtaining the Doppler frequency error using a root mean square (RMS) method as shown in [Equation 1].
[Equation 1]
Figure 112020087278895-pat00065

(In [Equation 1], N is the number of samples indicating the positions of the antenna members 110 and 120 in the composite aperture, and u' n is the coordinate system rotated by the beam angle ( Φ sq ) in the composite aperture (u') Corresponds to each position (sample) of the antenna members 110 and 120 according to the movement of the aircraft on the plane, k u '(u') corresponds to [Equation 2], and the fit(u') function is approximated by a linear equation (fitting) is a function)
[Equation 2]
Figure 112020087278895-pat00066

(In [Equation 2], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle on the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 3])
[Equation 3]
Figure 112020087278895-pat00067

(In [Equation 3], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)
제5항에 있어서, 상기 기설정된 임계해상도 내의 지향각 범위 및 반전력빔폭의 범위를 설정하는 단계는, [식 2] 및 [식 3]을 이용하여 상기 지향각과 방위방향 해상도를 분석하여 상기 임계해상도 내의 상기 지향각 범위 및 상기 반전력빔폭의 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 영상복원방법.
[식 2]
Figure 112021152255940-pat00068

([식 2]에서 ku'는 푸리에 변환된 거리-도플러 영역 상에서 지향각만큼 회전된 도플러주파수를 나타내고, f0는 중심주파수를 나타내며, f는 비트주파수를 나타내고, u'는 지향각만큼 회전된 좌표계 상에서의 방위방향거리를 나타내며, A(u')는 [식 3]으로 나타낸다)
[식 3]
Figure 112021152255940-pat00069

([식 3]에서, c는 광속을 나타내고, R0는 지향각이 0°인 경우에 항공기의 가상위치와 목표물 중심 사이의 거리를 나타낸다)
[식 4]
△u=2π/BWku’
([식 4]에서, BWku' 는 주파수 대역폭을 나타낸다)
The method of claim 5, wherein the setting of the range of the beam angle and the half-power beam width within the preset critical resolution comprises analyzing the beam angle and the azimuth resolution using [Equation 2] and [Equation 3] to determine the threshold. Image restoration method, characterized in that setting the range of the beam angle range and the half-power beam width within the resolution.
[Equation 2]
Figure 112021152255940-pat00068

(In [Equation 2], k u ' represents the Doppler frequency rotated by the beam angle on the Fourier-transformed distance-Doppler domain, f0 represents the center frequency, f represents the beat frequency, and u' represents the rotation angle by the beam angle. It represents the azimuth distance on the coordinate system, and A(u') is represented by [Equation 3])
[Equation 3]
Figure 112021152255940-pat00069

(In [Equation 3], c represents the speed of light, and R 0 represents the distance between the virtual position of the aircraft and the center of the target when the heading angle is 0°)
[Equation 4]
△u=2π/BW ku'
(In [Equation 4], BW ku' represents the frequency bandwidth)
제5항에 있어서, 상기 비선형오차 분석부를 이용하여 상기 최대오차 지향각 및 상기 최대오차 반전력빔폭에 대응되는 도플러주파수 오차를 상기 도플러주파수 오차의 임계값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상복원방법.The method of claim 5, further comprising setting a Doppler frequency error corresponding to the maximum error directivity angle and the maximum error half-power beam width as a threshold value of the Doppler frequency error using the nonlinear error analysis unit. How to restore video. 제5항에 있어서, 상기 예비영상들을 복원하는 단계는,
상기 파형발생기를 이용하여 상기 반전력빔폭에 대응되는 신호를 생성하는 단계;
상기 송신안테나에 상기 신호를 인가하여, 상기 지향각만큼 회전된 상기 송신파를 상기 지표면 상으로 송신하고, 상기 지표면으로부터 반사된 수신파를 상기 수신안테나를 통하여 수신하는 단계;
상기 믹서를 이용하여, 상기 분배기로부터 분배받은 신호와 상기 수신안테나로부터 수신된 상기 수신파를 혼합하는 단계;
상기 원시데이터 생성부재를 이용하여, 상기 혼합된 신호로부터 상기 지표면 상의 목표물중심과의 거리를 측정하여 상기 목표물 중심의 위치를 나타내는 원시데이터를 생성하는 단계;
제1 푸리에 변환부를 이용하여, 상기 원시데이터에 시간에 대한 1차 푸리에 변환을 수행하는 단계;
상기 원시데이터 전처리부를 이용하여, 상기 1차 푸리에 변환된 원시데이터를 상기 지향각만큼 회전시켜서 제1 보정 원시데이터를 생성하는 단계;
제2 푸리에 변환부를 이용하여, 상기 제1 보정 원시데이터에 상기 지향각만큼 회전된 좌표계 상의 항공기 위치변수에 대한 푸리에 변환을 수행하여 제2 보정 원시데이터를 생성하는 단계;
궤적 특성함수 생성부를 이용하여, 상기 항공기의 이동에 따른 변위를 상기 지향각만큼 회전된 상태로 보상하고, 상기 회전으로 인하여 발생하는 거리차를 추가로 보상하여 제3 보정 원시데이터를 생성하는 단계;
상기 푸리에 역변환부를 이용하여, 상기 제3 보정 원시데이터에 정합필터를 곱하는 생성된 혼합데이터를 상기 지향각만큼 회전된 도플러 주파수로 푸리에 역변환하여 지표면 상의 좌표에 따른 제4 보정 데이터를 생성하는 단계;
상기 데이터 역회전부를 이용하여, 상기 제4 보정 데이터를 상기 지향각만큼 역회전시켜서 복원영상 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 영상복원부를 이용하여, 상기 복원영상 데이터를 각 화소별로 투영하여 상기 가상의 목표물중심에 관한 상기 합성개구면 상의 예비영상을 복원하는 단계를 포함하는 영상복원방법.
The method of claim 5, wherein the restoring of the preliminary images comprises:
generating a signal corresponding to the half-power beam width using the waveform generator;
applying the signal to the transmitting antenna, transmitting the transmitted wave rotated by the directivity angle onto the ground surface, and receiving the received wave reflected from the ground surface through the receiving antenna;
mixing, using the mixer, the signal distributed from the divider and the reception wave received from the reception antenna;
generating raw data indicating the position of the center of the target by measuring a distance from the mixed signal to the center of the target on the ground surface using the raw data generating member;
performing a first-order Fourier transform with respect to time on the raw data using a first Fourier transform unit;
generating first corrected raw data by rotating the first-order Fourier-transformed raw data by the orientation angle using the raw data preprocessor;
generating second corrected raw data by performing a Fourier transform on the aircraft position variable on the coordinate system rotated by the orientation angle on the first corrected raw data by using a second Fourier transform unit;
generating third corrected raw data by using a trajectory characteristic function generator to compensate for displacement according to the movement of the aircraft in a rotated state by the orientation angle, and additionally compensate for a distance difference caused by the rotation;
generating fourth corrected data according to coordinates on the earth's surface by using the inverse Fourier transform unit to Fourier inversely transform the generated mixed data obtained by multiplying the third corrected raw data by a matched filter with a Doppler frequency rotated by the orientation angle;
generating restored image data by using the data reverse rotation unit to reversely rotate the fourth correction data by the orientation angle; and
and projecting the restored image data for each pixel by using the image restoration unit to restore a preliminary image on the synthetic aperture with respect to the virtual target center.
제9항에 있어서, 상기 제1 보정 원시데이터를 생성하는 단계는
상기 1차 푸리에 변환된 원시데이터에 베이스밴드 변환 필터를 곱하여 혼합데이터를 생성하는 단계; 및
상기 혼합 데이터를 상기 지향각만큼 회전시켜서 상기 제1 보정 원시데이터를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상복원방법.
The method of claim 9, wherein the generating of the first corrected raw data comprises:
generating mixed data by multiplying the first-order Fourier-transformed raw data by a baseband transform filter; and
and generating the first corrected raw data by rotating the mixed data by the orientation angle.
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