KR102654879B1 - Spaceborne multistatic synthetic aperture radar(SAR) system and method of generating high-resolution SAR image using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템은 송신기와 수신기를 포함하는 마스터 위성, 및 각각 수신기를 포함하는 복수의 슬레이브 위성을 포함한다. 상기 마스터 위성과 상기 복수의 슬레이브 위성은 동일한 궤도 상에 미리 설정된 기선거리만큼 이격하여 배열되고, 빔 중심이 서로 동기화된다. 상기 마스터 위성의 상기 송신기는 레이다 관측신호 및 동기화 레퍼런스 신호를 송신한다. 상기 복수의 슬레이브 위성은 상기 동기화 레퍼런스 신호를 수신하여 상기 마스터 위성과 동기화된다. 상기 복수의 슬레이브 위성의 상기 수신기와 상기 마스터 위성의 상기 수신기는 상기 레이다 관측신호가 관측 대상 영역에서 반사된 레이다 반사신호를 수신하여 레이다 반사신호 데이터를 생성한다.The satellite-based multistatic synthetic aperture radar system according to the present invention includes a master satellite including a transmitter and a receiver, and a plurality of slave satellites each including a receiver. The master satellite and the plurality of slave satellites are arranged on the same orbit and spaced apart by a preset baseline distance, and their beam centers are synchronized with each other. The transmitter of the master satellite transmits a radar observation signal and a synchronization reference signal. The plurality of slave satellites are synchronized with the master satellite by receiving the synchronization reference signal. The receiver of the plurality of slave satellites and the receiver of the master satellite receive a radar reflection signal in which the radar observation signal is reflected from an observation target area and generate radar reflection signal data.

Description

위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템 및 이를 이용하여 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법{Spaceborne multistatic synthetic aperture radar(SAR) system and method of generating high-resolution SAR image using the same}Satellite-based multistatic synthetic aperture radar system and method of generating high-resolution synthetic aperture radar image using the same {Spaceborne multistatic synthetic aperture radar (SAR) system and method of generating high-resolution SAR image using the same}

본 발명은 위성체에 탑재하여 관측 대상 영역에 대한 고해상도 전파 영상을 획득하기 위한 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 단일 송신기와 복수의 수신기로 구성된 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템과 이를 이용하여 관측 대상 영역에 대한 고해상도 SAR 영상을 생성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multistatic synthetic aperture radar system mounted on a satellite to acquire high-resolution radio images of an observation target area. More specifically, it relates to a satellite-based multistatic synthetic aperture radar system consisting of a single transmitter and multiple receivers; This relates to a method of generating high-resolution SAR images of an observation target area using this.

합성개구레이다(Synthetic Aperture Radar, SAR)는 위성체, 항공기 등과 같이 비행하는 플랫폼에 탑재된 레이다 센서로부터 취득된 전자기파 신호를 바탕으로 다목적의 전파 영상, 특히 SAR 영상을 형성하는 기술이다. 광학 영상 센서와 비교하였을 때, SAR는 영상의 해상도가 센서 하드웨어에 의해 결정되지 않고 정보를 수집하는 기하에 의존하므로, 상황과 요구조건에 따라 유연하게 영상의 해상도를 조절할 수 있다. 영상의 해상도가 거리와 독립적이기 때문에, 플랫폼의 거리/고도와 상관없이 일관적으로 성능을 유지할 수 있다. 이러한 장점은 SAR를 광역의 관심지역에 대하여 높은 해상도의 영상을 얻는 데에 적합하게 하므로, 위성 탑재 SAR 원격탐사 시스템은 민간, 군사 등 임무의 성격을 가리지 않고 널리 개발되고 있다.Synthetic Aperture Radar (SAR) is a technology that forms multi-purpose radio images, especially SAR images, based on electromagnetic wave signals acquired from radar sensors mounted on flying platforms such as satellites and aircraft. Compared to optical image sensors, SAR's image resolution is not determined by sensor hardware but depends on the geometry of collecting information, so the image resolution can be flexibly adjusted according to situations and requirements. Because the resolution of the video is independent of distance, performance can be maintained consistently regardless of the distance/altitude of the platform. Because these advantages make SAR suitable for obtaining high-resolution images of wide-area areas of interest, satellite-mounted SAR remote sensing systems are being widely developed regardless of the nature of the mission, such as civil or military.

다른 영상 센서와 마찬가지로, SAR의 가장 주요한 성능 척도는 해상도이다. SAR 영상의 해상도는 시스템에서 획득한 신호가 형성하는 도플러 주파수의 대역폭과 시스템을 구성하는 플랫폼의 속도에 의해 결정된다. 일반적으로 위성 기반 시스템에서 플랫폼의 속도는 운용 고도에 종속되어 결정되므로, 시스템에 요구되는 해상도의 조건을 충족하는 데에 있어서 신호의 도플러 대역폭을 조절하여야 한다. 신호 내 도플러 대역폭의 범위는 합성개구면의 길이, 더욱 정확히는 관측의 시작 지점과 종료 지점에서 표적과 플랫폼이 형성하는 합성각(Integration Angle)의 크기에 비례한다. 따라서 더 넓은 도플러 대역폭을 확보하기 위해서는 더욱 긴 시간 동안 관측을 수행하여 긴 합성개구면을 형성할 필요가 있다.As with other imaging sensors, the most important performance measure for SAR is resolution. The resolution of the SAR image is determined by the bandwidth of the Doppler frequency formed by the signal acquired from the system and the speed of the platform that makes up the system. Generally, in satellite-based systems, the speed of the platform is determined depending on the operating altitude, so the Doppler bandwidth of the signal must be adjusted to meet the resolution requirements for the system. The range of the Doppler bandwidth within the signal is proportional to the length of the synthetic aperture, more precisely, the size of the integration angle formed by the target and platform at the start and end points of observation. Therefore, in order to secure a wider Doppler bandwidth, it is necessary to form a long synthetic aperture by conducting observations for a longer period of time.

SAR의 응용처가 확대됨에 따라, 소형 이동표적, 관심표적의 식별 및 인지 등의 임무에 대한 수요가 크게 증가하였다. 이러한 임무에는 수 센티미터(㎝) 내지 수십 센티미터(㎝) 수준의 높은 영상 해상도가 요구되지만, 현재 가장 발전한 위성 기반 SAR 원격탐사 시스템이 표준 스트립맵(Stripmap) 관측 모드에서 3m, 고해상도 스포트라이트(Spotlight) 모드에서 1m 이하의 해상도를 성취하는 것에 성공한 이래 답보 상태에 머무르고 있다.As the applications of SAR have expanded, the demand for missions such as identification and recognition of small moving targets and targets of interest has increased significantly. These missions require high image resolution of several centimeters to tens of centimeters, but currently the most advanced satellite-based SAR remote sensing system has a 3m, high-resolution Spotlight mode in the standard stripmap observation mode. Since succeeding in achieving a resolution of less than 1m, it has remained at a standstill.

영상 해상도 개선의 병목 현상은 현재의 모노스태틱, 단일 채널 설계 구조가 가지는 물리적, 기술적 한계에 기인한다. 현 수준에서 더 넓은 합성개구면 길이, 더 넓은 도플러 대역폭을 확보하기 어려운 데에는 다음의 이유가 지배적이다.The bottleneck in improving video resolution is due to the physical and technical limitations of the current monostatic, single-channel design structure. The following reasons dominate the difficulty in securing a wider synthetic aperture length and wider Doppler bandwidth at the current level.

현재의 설계방식이 가지는 첫 번째 한계점은 안테나 빔폭의 임의적인 확장이 불가능하다는 것이다. 합성개구면을 따라 진행하는 플랫폼에서 획득된 신호의 주파수 응답은 표적이 레이다의 빔폭에 노출되는 개구면시간(Aperture Time) 동안 형성된다. 그러나 개구면시간은 안테나 하드웨어의 설계와 플랫폼 운용 고도의 설정이 완료된 시점에서 상수로 결정되므로, 일반적인 스트립맵 관측에서는 이를 상회하는 대역폭을 얻을 수 없다. 따라서 개구면시간의 증가를 꾀하는 경우, 빔폭의 확대, 즉 탑재체 안테나의 물리적 개구면의 크기를 줄여야 하나, 안테나는 본질적으로 다양한 SAR 시스템의 설계요소에 직/간접적인 영향을 끼치므로 그 임의적인 변경은 시스템의 완전한 재설계를 요구하며, 그 결과 또한 시스템 요구조건에 부합하지 않을 가능성이 크다. 대표적으로 개구면 크기가 줄어듦에 따라 영상의 민감도, 신호 내 모호성 응답의 증가 등의 문제가 발생하는 것을 예로 들 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 안테나 하드웨어의 변경 대신 관측시간 동안 위성체의 자세를 조정하여 개구면시간을 확장하는 스포트라이트 모드 관측이 개발되어 운용 중이나, 이는 다음의 이유로 완전한 해결방안이 될 수 없다.The first limitation of the current design method is that arbitrary expansion of the antenna beam width is impossible. The frequency response of the signal acquired from the platform moving along the synthetic aperture is formed during the aperture time when the target is exposed to the radar beam width. However, since the aperture time is determined as a constant when the design of the antenna hardware and the setting of the platform operating altitude are completed, a bandwidth exceeding this cannot be obtained in general strip map observations. Therefore, when attempting to increase the aperture time, the beam width must be expanded, that is, the size of the physical aperture of the payload antenna must be reduced. However, since the antenna inherently has a direct/indirect effect on the design elements of various SAR systems, its arbitrary change is not possible. requires a complete redesign of the system, and the result is likely not to meet the system requirements. For example, as the aperture size decreases, problems such as image sensitivity and an increase in ambiguity response within the signal occur. To solve this problem, a spotlight mode observation has been developed and is in operation, which extends the aperture time by adjusting the attitude of the satellite during the observation time instead of changing the antenna hardware. However, this cannot be a complete solution for the following reasons.

두 번째 문제는 관측시간의 증가에 따른 레이다의 전력부담이 막대하다는 점이다. 인공위성은 태양전지로 대표되는 제한된 에너지원을 가지는 한편, SAR 탑재체는 전력소모량이 큰 고출력 장비이다. 때문에, SAR 원격탐사 위성은 궤도 주기마다 기동할 수 있는 시간이 극도로 제약된다. 모든 위성 기반 SAR 원격탐사 시스템은 전 지구 영상화 능력(Global Coverage)의 확보를 전제한다. 따라서, 위성 SAR 원격탐사 시스템은 제한된 자원으로 최대한 넓은 관측영역을 확보하도록 설계되어야 하나, 위성체가 궤도를 공전하는 동안 획득할 수 있는 전력의 양은 한정적이므로, 해상도 향상을 위해 관측시간을 늘리는 것은 자연스럽게 단위 시간 동안 레이다가 확보할 수 있는 영상영역의 크기를 감소시킨다. 이는 재방문주기의 증가로 이어지며, 다양한 SAR 응용처에서는 시간 기선의 간격을 줄이는 것이 바람직하므로, 영상의 질적인 측면을 저하한다고 볼 수 있다.The second problem is that the power burden on the radar due to the increase in observation time is enormous. While satellites have limited energy sources represented by solar cells, SAR payloads are high-power equipment with high power consumption. Therefore, the time that SAR remote sensing satellites can maneuver for each orbital cycle is extremely limited. All satellite-based SAR remote sensing systems are premised on securing global imaging capability (global coverage). Therefore, the satellite SAR remote sensing system must be designed to secure the widest possible observation area with limited resources, but since the amount of power that can be acquired while the satellite is orbiting is limited, it is natural to increase the observation time to improve resolution. Reduces the size of the image area that the radar can secure for a period of time. This leads to an increase in the revisit cycle, and in various SAR applications, it is desirable to reduce the time baseline interval, which can be seen as deteriorating the quality of the image.

이상의 이유로 표준 및 광역 관측 모드를 통해 전 지구 영상화 능력을 유지한 채로 현재 수준 이상으로 SAR 영상의 해상도를 개선하는 것에는 큰 어려움이 따른다.For the above reasons, it is very difficult to improve the resolution of SAR images beyond current levels while maintaining global imaging capabilities through standard and wide-area observation modes.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 모노스태틱, 단일 채널 설계의 한계를 극복하여 한정된 동작 소요 시간에서 더 넓은 합성개구면 길이를 확보함으로써 해상도를 개선할 수 있는 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템 및 이를 이용하여 고해상도 SAR 영상을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is a satellite-based multistatic synthetic aperture radar system that can improve resolution by securing a wider synthetic aperture length in a limited operation time by overcoming the limitations of the monostatic, single channel design, and This provides a method of generating high-resolution SAR images.

상술한 기술적 과제들을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템은 송신기와 수신기를 포함하는 마스터 위성; 및 각각 수신기를 포함하는 복수의 슬레이브 위성을 포함한다. 상기 마스터 위성과 상기 복수의 슬레이브 위성은 동일한 궤도 상에 미리 설정된 기선거리만큼 이격하여 배열되고, 빔 중심이 서로 동기화된다. 상기 마스터 위성의 상기 송신기는 레이다 관측신호 및 동기화 레퍼런스 신호를 송신한다. 상기 복수의 슬레이브 위성은 상기 동기화 레퍼런스 신호를 수신하여 상기 마스터 위성과 동기화된다. 상기 복수의 슬레이브 위성의 상기 수신기와 상기 마스터 위성의 상기 수신기는 상기 레이다 관측신호가 관측 대상 영역에서 반사된 레이다 반사신호를 수신하여 레이다 반사신호 데이터를 생성한다.As a technical means for achieving the above-mentioned technical problems, a satellite-based multistatic synthetic aperture radar system according to one aspect of the present invention includes a master satellite including a transmitter and a receiver; and a plurality of slave satellites each including a receiver. The master satellite and the plurality of slave satellites are arranged on the same orbit and spaced apart by a preset baseline distance, and their beam centers are synchronized with each other. The transmitter of the master satellite transmits a radar observation signal and a synchronization reference signal. The plurality of slave satellites are synchronized with the master satellite by receiving the synchronization reference signal. The receiver of the plurality of slave satellites and the receiver of the master satellite receive a radar reflection signal in which the radar observation signal is reflected from an observation target area and generate radar reflection signal data.

일 예에 따르면, 상기 마스터 위성은 관측 계획에 따라 상기 관측 대상 영역 내의 기준점에 대하여 목표하는 관측 기하를 유지하도록 빔을 조향하고, 이때의 빔 조향 정보를 상기 복수의 슬레이브 위성들에 전송할 수 있다. 상기 복수의 슬레이브 위성들은 상기 빔 조향 정보를 기초로 각각 상기 기선거리에 대응하는 스퀸트 각도를 형성하도록 빔을 조향함으로써 상기 마스터 위성과 상기 빔 중심을 동기화할 수 있다.According to one example, the master satellite may steer a beam to maintain a target observation geometry with respect to a reference point within the observation target area according to an observation plan, and transmit beam steering information at this time to the plurality of slave satellites. The plurality of slave satellites may synchronize the beam center with the master satellite by steering beams to form a squint angle corresponding to the baseline distance, respectively, based on the beam steering information.

다른 예에 따르면, 상기 복수의 슬레이브 위성과 상기 마스터 위성은 상기 레이다 반사신호를 디지털화하여 상기 레이다 반사신호 데이터를 생성하고, 지상국이 자신의 데이터링크의 커버리지에 들어오면 상기 레이다 반사신호 데이터를 상기 지상국에 전송할 수 있다. 상기 지상국은 상기 복수의 슬레이브 위성과 상기 마스터 위성으로부터 상기 레이다 반사신호 데이터를 각각 수신하고, 복수의 상기 레이다 반사신호 데이터를 기초로 멀티스태틱 고해상도 합성개구레이다(SAR) 영상을 생성할 수 있다.According to another example, the plurality of slave satellites and the master satellite digitize the radar reflection signal to generate the radar reflection signal data, and when the ground station enters the coverage of its data link, the radar reflection signal data is transmitted to the ground station. can be transmitted to. The ground station may receive the radar reflection signal data from the plurality of slave satellites and the master satellite, respectively, and generate a multistatic high-resolution synthetic aperture radar (SAR) image based on the plurality of radar reflection signal data.

본 발명의 일 측면에 따른 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법은 컴퓨팅 장치에 의해 수행된다. 상기 방법은 마스터 위성과 복수의 슬레이브 위성으로부터 복수의 레이다 반사신호 데이터를 수신하는 단계, 상기 복수의 레이다 반사신호 데이터를 전처리하여 복수의 SAR 원시데이터를 생성하는 단계, 상기 복수의 SAR 원시데이터에 대하여 거리압축을 수행하여 복수의 거리 프로파일 데이터를 생성하는 단계, 상기 마스터 위성의 상태 벡터와 상기 복수의 슬레이브 위성의 상태 벡터들을 이용하여 상기 복수의 거리 프로파일 데이터에 각각 대응하는 복수의 SAR 영상 데이터를 생성하는 단계, 및 상기 복수의 SAR 영상 데이터를 영상 정합하여 멀티스태틱 고해상도 합성개구레이다(SAR) 영상을 생성하는 단계를 포함한다.A method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image according to one aspect of the present invention is performed by a computing device. The method includes receiving a plurality of radar reflection signal data from a master satellite and a plurality of slave satellites, preprocessing the plurality of radar reflection signal data to generate a plurality of SAR raw data, and regarding the plurality of SAR raw data. Generating a plurality of distance profile data by performing distance compression, generating a plurality of SAR image data respectively corresponding to the plurality of distance profile data using the state vector of the master satellite and the state vectors of the plurality of slave satellites. It includes the step of generating a multistatic high-resolution synthetic aperture radar (SAR) image by image matching the plurality of SAR image data.

일 예에 따르면, 상기 복수의 레이다 반사신호 데이터를 전처리하여 복수의 SAR 원시데이터를 생성하는 단계는 상기 마스터 위성에서 수신한 중심 채널의 레이다 반사신호 데이터를 기준으로, 상기 복수의 슬레이브 위성들에서 각각 수신한 주변 채널의 레이다 반사신호 데이터들의 잔여 위상 오차 성분과 채널 간 응답 불균형을 교정하는 단계를 포함할 수 있다.According to one example, the step of preprocessing the plurality of radar reflection signal data to generate a plurality of SAR raw data is based on the radar reflection signal data of the center channel received from the master satellite, each of the plurality of slave satellites. It may include correcting the residual phase error component of the radar reflection signal data of the received peripheral channel and the response imbalance between channels.

다른 예에 따르면, 상기 복수의 SAR 원시데이터에 대하여 거리압축을 수행하여 복수의 거리 프로파일 데이터를 생성하는 단계는 상기 마스터 위성으로부터 획득된 레이다 관측신호를 복제하여 복제 데이터를 생성하는 단계, 및 상기 SAR 원시데이터 각각을 상기 복제 데이터와 정합 필터링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another example, the step of generating a plurality of distance profile data by performing distance compression on the plurality of SAR raw data includes generating duplicate data by replicating the radar observation signal obtained from the master satellite, and the SAR It may include performing matched filtering on each raw data and the duplicate data.

또 다른 예에 따르면, 상기 복수의 거리 프로파일 데이터에 각각 대응하는 복수의 SAR 영상 데이터를 생성하는 단계는 상기 복수의 거리 프로파일 데이터 중에서 상기 마스터 위성에 대응하는 중심 채널의 거리 프로파일 데이터에 대하여 모노스태틱 SAR 영상 처리함으로써 상기 복수의 SAR 영상 데이터 중에서 중심 채널의 SAR 영상 데이터를 생성하는 단계, 및 상기 복수의 거리 프로파일 데이터 중에서 상기 복수의 슬레이브 위성에 대응하는 주변 채널의 거리 프로파일 데이터들에 대하여 바이스태틱 SAR 영상 처리함으로써 상기 복수의 SAR 영상 데이터 중에서 주변 채널의 SAR 영상 데이터들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another example, the step of generating a plurality of SAR image data respectively corresponding to the plurality of distance profile data includes monostatic SAR for the distance profile data of the center channel corresponding to the master satellite among the plurality of distance profile data. Generating SAR image data of a center channel among the plurality of SAR image data by image processing, and generating a bistatic SAR image for distance profile data of peripheral channels corresponding to the plurality of slave satellites among the plurality of distance profile data. It may include generating SAR image data of peripheral channels from among the plurality of SAR image data by processing.

또 다른 예에 따르면, 상기 복수의 SAR 영상 데이터 내의 동일 위치의 픽셀은 동일 표적좌표공간을 참조할 수 있다.According to another example, pixels at the same location within the plurality of SAR image data may refer to the same target coordinate space.

또 다른 예에 따르면, 상기 멀티스태틱 고해상도 SAR 영상은 상기 복수의 SAR 영상 데이터들을 픽셀 별로 복소합(Complex Summation)을 수행함으로써 생성될 수 있다.According to another example, the multistatic high-resolution SAR image may be generated by performing complex summation on each pixel of the plurality of SAR image data.

본 발명은 일 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 장치를 이용하여 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된다.The computer program according to one aspect of the present invention is stored in a medium to execute a method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image using a computing device.

본 발명에 따르면, 모노스태틱 SAR 시스템의 한계를 극복하여 한정된 동작 소요 시간에서 더 넓은 합성개구면 길이를 확보함으로써 고해상도의 SAR 영상을 생성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to generate high-resolution SAR images by overcoming the limitations of the monostatic SAR system and securing a wider synthetic aperture length in a limited operation time.

도 1a는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템의 군집 구성 방안을 도시한다.
도 1b는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템을 구성하는 마스터 위성의 개략적인 블록도이다.
도 1c는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템을 구성하는 슬레이브 위성의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 멀티스태틱 SAR 시스템을 이용한 관측 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 멀티스태틱 SAR 시스템을 이용하여 획득된 채널별 레이다 반사신호 데이터를 기초로 고해상도 SAR 영상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템의 위성 편대 구성의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고해상도 SAR 영상을 생성하는 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 도시한다.
Figure 1a shows a swarm configuration method of a multistatic SAR system according to the present invention.
Figure 1b is a schematic block diagram of a master satellite constituting a multistatic SAR system according to the present invention.
Figure 1c is a schematic block diagram of a slave satellite constituting a multistatic SAR system according to the present invention.
Figure 2 is a flowchart explaining the observation process using the multistatic SAR system of the present invention.
Figure 3 is a diagram for explaining a method of generating a high-resolution SAR image based on radar reflection signal data for each channel acquired using the multistatic SAR system of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the effect of the satellite formation configuration of the multistatic SAR system according to the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining the effect of the method for generating a high-resolution SAR image according to the present invention.
6A to 6D show computer simulation results of a multistatic SAR system according to the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있으므로 본 명세서에서 설명하는 실시예들로 제한되지 않는다. 본 명세서에 개시된 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술을 구체적으로 설명하는 것이 본 개시의 기술적 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 공지 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다. 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Below, various embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings so that those skilled in the art can easily implement them. However, since the technical idea of the present disclosure can be modified and implemented in various forms, it is not limited to the embodiments described in this specification. In describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed description of related known technologies may obscure the gist of the technical idea of the present disclosure, detailed descriptions of the known technologies will be omitted. Identical or similar components will be assigned the same reference number and duplicate descriptions thereof will be omitted.

본 명세서에서 어떤 요소가 다른 요소와 "연결"되어 있다고 기술될 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 요소를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 어떤 요소가 다른 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 요소 외에 또 다른 요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, when an element is described as being "connected" to another element, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "indirectly connected" with another element in between. When an element is said to “include” another element, this means that it does not exclude another element in addition to the other element, but may further include another element, unless specifically stated to the contrary.

일부 실시예들은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 설명될 수 있다. 이러한 기능 블록들의 일부 또는 전부는 특정 기능을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 마이크로프로세서들에 의해 구현되거나, 소정의 기능을 위한 회로 구성들에 의해 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 다양한 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 본 개시의 기능 블록이 수행하는 기능은 복수의 기능 블록에 의해 수행되거나, 본 개시에서 복수의 기능 블록이 수행하는 기능들은 하나의 기능 블록에 의해 수행될 수도 있다. 또한, 본 개시는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다.Some embodiments may be described in terms of functional block configurations and various processing steps. Some or all of these functional blocks may be implemented as any number of hardware and/or software configurations that perform specific functions. For example, the functional blocks of the present disclosure may be implemented by one or more microprocessors, or may be implemented by circuit configurations for certain functions. Functional blocks of the present disclosure may be implemented in various programming or scripting languages. The functional blocks of this disclosure may be implemented as algorithms running on one or more processors. Functions performed by a functional block in the present disclosure may be performed by a plurality of functional blocks, or functions performed by a plurality of functional blocks in the present disclosure may be performed by a single functional block. Additionally, the present disclosure may employ conventional technologies for electronic environment setup, signal processing, and/or data processing.

상술한 기술적 과제의 해결을 위해서 본 발명은 동일 궤도 상에 배열된 복수의 위성체로 구성된 멀티스태틱 SAR 시스템을 제공한다. 본 발명은 고해상도 SAR 영상을 생성하기 위한 멀티스태틱 SAR 시스템의 위성 편대 구성과 이들의 관측 프로세스, 그리고 이렇게 생성된 복수 개의 SAR 원시데이터를 이용하여 고해상도의 SAR 영상을 생성하는 방법에 관한 것이므로, 최소 단위인 위성체 이하의 개별적인 하드웨어 요소 및 관련 절차에 관한 서술은 생략한다.In order to solve the above-described technical problem, the present invention provides a multistatic SAR system consisting of a plurality of satellites arranged in the same orbit. The present invention relates to the configuration of a satellite formation of a multistatic SAR system for generating high-resolution SAR images, their observation process, and a method for generating high-resolution SAR images using a plurality of raw SAR data generated in this way, so that the minimum unit is Descriptions of individual hardware elements and related procedures below the satellite are omitted.

도 1a는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템의 군집 구성 방안을 도시한다.Figure 1a shows a swarm configuration method of a multistatic SAR system according to the present invention.

도 1b 및 1c는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템을 구성하는 마스터 위성과 슬레이브 위성의 개략적인 블록도이다.1B and 1C are schematic block diagrams of a master satellite and a slave satellite constituting a multistatic SAR system according to the present invention.

도 1a 및 1b를 참조하면, 멀티스태틱 SAR 시스템(100)은 위성 기반 멀티스태틱 SAR 시스템으로서, 하나의 마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)을 포함한다.Referring to FIGS. 1A and 1B, the multistatic SAR system 100 is a satellite-based multistatic SAR system and includes one master satellite 110 and a plurality of slave satellites 120.

마스터 위성(110)은 송신기(112)와 수신기(114)를 모두 갖춘 SAR 위성이고, 슬레이브 위성들(120)은 수신기(124)를 단독으로 운용하는 SAR 위성이다.The master satellite 110 is a SAR satellite equipped with both a transmitter 112 and a receiver 114, and the slave satellites 120 are SAR satellites that independently operate the receiver 124.

마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)은 하나의 위성 편대를 구성하며, 동일한 기선거리(130)만큼 이격하여 x 방향으로 기동할 수 있다. 마스터 위성(110)의 궤도와 슬레이브 위성들(120)의 궤도는 동일한 궤도 요소(orbit element)를 가지도록 설계될 수 있다. 마스터 위성(110)과 슬레이브 위성들(120)은 동일한 궤도 상에서 기선거리(130)에 대응하는 크기의 진근점 이각(true anomaly) 오프셋을 가질 수 있다.The master satellite 110 and the plurality of slave satellites 120 constitute one satellite formation and can maneuver in the x direction while being spaced apart by the same baseline distance 130. The orbit of the master satellite 110 and the orbits of the slave satellites 120 may be designed to have the same orbit element. The master satellite 110 and the slave satellites 120 may have a true anomaly offset of a size corresponding to the baseline distance 130 in the same orbit.

마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)이 동일 궤도 상에 존재할 때, SAR 데이터 스펙트럼의 대칭성을 고려하여 마스터 위성(110)은 마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)으로 구성되는 위성 편대의 중앙, 즉, 복수의 슬레이브 위성(120)의 가운데에 위치할 수 있다. 슬레이브 위성(120)의 개수는 짝수개일 수 있다. 예를 들면, 2n개의 슬레이브 위성(120)이 존재하는 경우, 제1 내지 제n 슬레이브 위성(120)은 마스터 위성(110)으로부터 진행 방향에 배열되고, 제(n+1) 내지 제2n 슬레이브 위성(120)은 마스터 위성(110)으로부터 반대 방향에 배열되어, 마스터 위성(110)은 제n 슬레이브 위성(120)과 제(n+1) 슬레이브 위성(120) 사이에 배열될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 배치로 한정되지 않으며, 마스터 위성(110)은 위성 편대가 형성하는 대열 내의 다른 위치에 존재할 수도 있다.When the master satellite 110 and a plurality of slave satellites 120 exist in the same orbit, the master satellite 110 is composed of a master satellite 110 and a plurality of slave satellites 120 in consideration of the symmetry of the SAR data spectrum. It may be located in the center of the satellite formation, that is, in the center of the plurality of slave satellites 120. The number of slave satellites 120 may be an even number. For example, when there are 2n slave satellites 120, the 1st to nth slave satellites 120 are arranged in the direction from the master satellite 110, and the (n+1)th to 2nth slave satellites 120 may be arranged in the opposite direction from the master satellite 110, so that the master satellite 110 may be arranged between the nth slave satellite 120 and the (n+1)th slave satellite 120. However, the present invention is not limited to this arrangement, and the master satellite 110 may be located at another location within the array formed by the satellite formation.

도 2는 본 발명의 멀티스태틱 SAR 시스템을 이용한 관측 프로세스를 설명하기 위한 순서도이다.Figure 2 is a flowchart explaining the observation process using the multistatic SAR system of the present invention.

도 1a 및 1b와 함께 도 2를 참조하면, 멀티스태틱 SAR 시스템(100)의 마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)은 궤도를 따라 기선거리(130)만큼 이격하여 비행한다. 마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)은 관측 대상 영역에 근접한다(S201). 멀티스태틱 SAR 시스템(100)을 이용한 관측 계획이 미리 지정되어 있으며, 궤도를 따라 비행하는 마스터 위성(110)과 복수의 슬레이브 위성(120)은 관측 계획에 따른 관측 대상 영역을 관측할 수 있는 영역에 진입한다.Referring to FIG. 2 along with FIGS. 1A and 1B, the master satellite 110 and the plurality of slave satellites 120 of the multistatic SAR system 100 fly along an orbit spaced apart by a baseline distance 130. The master satellite 110 and the plurality of slave satellites 120 approach the observation target area (S201). An observation plan using the multistatic SAR system 100 is pre-specified, and the master satellite 110 and a plurality of slave satellites 120 flying along the orbit are located in an area where the observation target area according to the observation plan can be observed. Enter.

마스터 위성(110)는 관측 계획에 따라 빔을 조향한다(S202). 마스터 위성(110)은 관측 대상 영역 내의 기준점(140)에 대하여 목표하는 관측 기하를 유지할 수 있도록 빔을 조향할 수 있다. 이때, 빔 조향은 브로드사이드(Broadside) 관측과 같은 정적 조향이거나, 스캔 모드, 제로-도플러(Zero-Doppler) 조향 등과 같은 동적 조향일 수도 있다. 빔 조향에 따라 마스터 위성(110)의 시선거리 방향이 결정된다.The master satellite 110 steers the beam according to the observation plan (S202). The master satellite 110 may steer the beam to maintain the target observation geometry with respect to the reference point 140 within the observation target area. At this time, beam steering may be static steering such as broadside observation, or dynamic steering such as scan mode or zero-Doppler steering. The line-of-sight direction of the master satellite 110 is determined according to beam steering.

마스터 위성(110)은 빔 조향 정보를 송신한다(S203). 마스터 위성(110)은 상황인식을 위해 자신의 빔 조향에 대한 정보를 슬레이브 위성들(120)에 각각 전달할 수 있다.The master satellite 110 transmits beam steering information (S203). The master satellite 110 may transmit information about its beam steering to each of the slave satellites 120 for situational awareness.

슬레이브 위성들(120)은 마스터 위성(110)과 빔 중심을 동기화한다(S211). 빔 조향에 따라 마스터 위성(110)의 시선거리 방향이 결정되면, 슬레이브 위성들(120)은 기준점(140)에 대하여 각각 일정한 스퀸트(Squint) 각도를 형성하도록 빔을 조향할 수 있다. 이를 통해, 슬레이브 위성들(120)은 마스터 위성(110)과 빔 중심을 동기화할 수 있다.The slave satellites 120 synchronize the beam center with the master satellite 110 (S211). Once the line-of-sight direction of the master satellite 110 is determined according to beam steering, the slave satellites 120 may steer the beam to form a constant squint angle with respect to the reference point 140, respectively. Through this, the slave satellites 120 can synchronize the beam center with the master satellite 110.

마스터 위성(110)은 레이다 관측신호를 송신한다(S205). 관측 대상 영역에 대하여, 마스터 위성(110)의 송신기(112)는 레퍼런스 채널의 안테나 풋프린트가 기준점(140)에 돌입을 개시하여 완전히 이탈하는 최대 개구면시간 동안 레이다 관측신호를 송신할 수 있다.The master satellite 110 transmits a radar observation signal (S205). For the observation target area, the transmitter 112 of the master satellite 110 may transmit a radar observation signal during the maximum aperture time when the antenna footprint of the reference channel starts entering the reference point 140 and completely departs.

이와 동시에, 마스터 위성(110)은 동기화 레퍼런스 신호를 송신한다(S204). 마스터 위성(110)은 동기화 링크를 통하여 동기화 레퍼런스 신호를 각 슬레이브 위성(120)에 직접 채널을 통해 송신을 개시할 수 있으며, 관측 이벤트가 끝나는 시점까지 이를 유지할 수 있다. 이때, 동기화 레퍼런스 신호의 송신 이벤트는 레이다 관측신호의 송신 이벤트와 동기화될 수 있다.At the same time, the master satellite 110 transmits a synchronization reference signal (S204). The master satellite 110 can initiate transmission of a synchronization reference signal through a direct channel to each slave satellite 120 through a synchronization link, and can maintain this until the end of the observation event. At this time, the transmission event of the synchronization reference signal may be synchronized with the transmission event of the radar observation signal.

슬레이브 위성들(120)은 동기화 링크를 통해 동기화 레퍼런스 신호의 송신 이벤트의 검출을 시도한다(S212). 슬레이브 위성들(120)의 수신기(124)가 동기화 링크를 통해 마스터 위성(110)으로부터 동기화 레퍼런스 신호를 수신하는 데 성공하면, 슬레이브 위성들(120)은 마스터 위성(110)에서 동기화 레퍼런스 신호의 송신 이벤트가 발생한 것으로 결정한다(S213). 슬레이브 위성들(120)은 마스터 위성(110)으로부터 동기화 레퍼런스 신호를 수신하는 데 성공하여 동기화 채널의 수신 이벤트의 발생을 인지하면, 수신기(124)를 이용하여 레이다 반사신호를 수신하기 시작한다. 슬레이브 위성들(120)의 수신기(124)는 레이다 반사신호를 각각 수신한다(S214). 마스터 위성(110)의 수신기(114)도 레이다 반사신호를 수신한다.Slave satellites 120 attempt to detect a transmission event of a synchronization reference signal through a synchronization link (S212). If the receivers 124 of the slave satellites 120 succeed in receiving the synchronization reference signal from the master satellite 110 through the synchronization link, the slave satellites 120 transmit the synchronization reference signal from the master satellite 110. It is determined that an event has occurred (S213). When the slave satellites 120 succeed in receiving a synchronization reference signal from the master satellite 110 and recognize the occurrence of a reception event of the synchronization channel, they begin to receive a radar reflection signal using the receiver 124. The receivers 124 of the slave satellites 120 each receive radar reflection signals (S214). The receiver 114 of the master satellite 110 also receives the radar reflection signal.

마스터 위성(110)은 레이다 관측신호와 동기화 레퍼런스 신호의 송신 이벤트를 완료한 후, 관측 계획과 현재 마스터 위성(110)의 상태에 따라 빔 조향 및 동기화의 필요성을 결정한다(S206). 추가적인 빔 조향이 필요하면, 마스터 위성(110)은 단계 S202로 진행하여 관측 계획에 따라 빔을 추가로 조향한다. 추가적인 빔 조향이 필요하지 않으면, 마스터 위성(110)은 관측의 종료 여부를 결정한다(S207). 마스터 위성(110)은 관측 계획과 마스터 위성(110)의 상태에 따라 관측의 종료 여부를 결정할 수 있다. 예를 들면, 레퍼런스 채널의 안테나 풋프린트가 기준점(140)에 돌입을 개시하여 완전히 이탈하기 전이라면, 마스터 위성(110)은 단계 S204 및 S205로 진행하여 동기화 레퍼런스 신호와 레이다 관측신호를 송신할 수 있다. 안테나의 풋프린트가 기준점(140)을 이탈하면, 마스터 위성(110)은 관측의 종료를 결정할 수 있다.After completing the transmission event of the radar observation signal and the synchronization reference signal, the master satellite 110 determines the necessity of beam steering and synchronization according to the observation plan and the current state of the master satellite 110 (S206). If additional beam steering is necessary, the master satellite 110 proceeds to step S202 and further steers the beam according to the observation plan. If additional beam steering is not required, the master satellite 110 determines whether to end observation (S207). The master satellite 110 may decide whether to end observation or not depending on the observation plan and the status of the master satellite 110. For example, if the antenna footprint of the reference channel begins to enter the reference point 140 and before completely leaving, the master satellite 110 proceeds to steps S204 and S205 and transmits a synchronization reference signal and a radar observation signal. there is. If the antenna's footprint deviates from the reference point 140, the master satellite 110 may decide to end the observation.

슬레이브 위성들(120)은 추가적인 송신 이벤트가 발생하였는지 여부를 결정한다(S215). 슬레이브 위성들(120) 및 마스터 위성(110)은 레이다 관측신호와 동기화 레퍼런스 신호의 송신 이벤트가 종료할 때까지 수신기들(124, 114)을 이용한 수신 프로세스를 반복할 수 있다.Slave satellites 120 determine whether an additional transmission event has occurred (S215). The slave satellites 120 and the master satellite 110 may repeat the reception process using the receivers 124 and 114 until the transmission event of the radar observation signal and the synchronization reference signal ends.

관측 계획에 따른 관측이 완전히 종료되면, 슬레이브 위성들(120)과 마스터 위성(110)은 수신된 레이다 반사신호 데이터와 궤도력(ephemeris) 등의 각종 관측 메타데이터를 기록하고, 지상국이 데이터링크의 커버리지에 들어오면 관측 메타데이터의 처리를 위해 이를 전송할 수 있다.When the observation according to the observation plan is completely completed, the slave satellites 120 and the master satellite 110 record various observation metadata such as received radar reflection signal data and ephemeris, and the ground station records the data link. Once in coverage, observation metadata can be transmitted for processing.

지상국은 슬레이브 위성들(120)과 마스터 위성(110)으로부터 관측 메타데이터를 각각 수신하고, 지상국의 신호처리기는 채널별 레이다 반사신호 데이터를 이용하여 고해상도 SAR 영상을 생성할 수 있다.The ground station receives observation metadata from the slave satellites 120 and the master satellite 110, respectively, and the signal processor of the ground station can generate a high-resolution SAR image using radar reflection signal data for each channel.

도 3은 본 발명의 멀티스태틱 SAR 시스템을 이용하여 획득된 채널별 레이다 반사신호 데이터를 기초로 고해상도 SAR 영상을 생성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining a method of generating a high-resolution SAR image based on radar reflection signal data for each channel acquired using the multistatic SAR system of the present invention.

도 1a 내지 도 3을 참조하면, 고해상도 SAR 영상을 생성하는 절차는 신호 전처리 프로세스(310), 채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330), 및 영상 정합 프로세스(340)의 3 단계로 구성될 수 있으며, n개의 채널에서 획득된 레이다 반사신호 데이터 세트로부터 1개의 고해상도 SAR 영상(350)을 최종적으로 생성할 수 있다. 고해상도 SAR 영상(350)은 예컨대 지상국의 신호처리기에서 생성될 수 있다. n은 마스터 위성(110)과 슬레이브 위성들(120)의 총 개수로서, 신호 전처리 프로세스(310)와 채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)는 n개의 채널 별로 수행되며, 영상 정합 프로세스(340)는 n개의 SAR 영상 데이터들(341a)로부터 1개의 고해상도 SAR 영상을 생성한다.1A to 3, the procedure for generating a high-resolution SAR image may consist of three steps: a signal pre-processing process 310, a SAR image generation process for each channel 330, and an image matching process 340. One high-resolution SAR image 350 can be finally generated from the radar reflection signal data set acquired from n channels. The high-resolution SAR image 350 may be generated, for example, in a signal processor of a ground station. n is the total number of master satellites 110 and slave satellites 120, the signal pre-processing process 310 and the SAR image generation process 330 for each channel are performed for each n channel, and the image matching process 340 One high-resolution SAR image is generated from n pieces of SAR image data 341a.

수신기 프론트엔드들(301)은 각각 수신한 아날로그 레이다 반사신호를 디지털화하여 레이다 반사신호 데이터(302a)를 생성한다. 수신기 프론트엔드들(301)은 슬레이브 위성들(120)의 수신기(124)와 마스터 위성(110)의 수신기(114)에 각각 포함된다. 슬레이브 위성들(120)과 마스터 위성(110) 각각은 지상국이 데이터링크의 커버리지에 들어오면 지상국에 레이다 반사신호 데이터(302a)를 전송할 수 있다. 레이다 반사신호 영상들(302b) 각각은 대응하는 레이다 반사신호 데이터들(302a)을 영상으로 표시한 것이다.The receiver front ends 301 digitize the received analog radar reflection signals to generate radar reflection signal data 302a. The receiver front ends 301 are included in the receiver 124 of the slave satellites 120 and the receiver 114 of the master satellite 110, respectively. Each of the slave satellites 120 and the master satellite 110 can transmit radar reflection signal data 302a to the ground station when the ground station enters the coverage of the data link. Each of the radar reflection signal images 302b displays the corresponding radar reflection signal data 302a as an image.

슬레이브 위성들(120)과 마스터 위성(110) 각각의 수신기 프론트엔드(301)에서는 아날로그 레이다 반사신호의 디지털화를 포함한 각종 신호 처리가 수행된다. 본 발명은 하드웨어 특성에 방점을 두지 않으므로 본 명세서에서는 수신기 프론트엔드(301)에서 수행되는 신호처리에 대한 구체적인 설명을 생략한다.Various signal processing, including digitization of analog radar reflection signals, is performed in the receiver front end 301 of each of the slave satellites 120 and the master satellite 110. Since the present invention does not emphasize hardware characteristics, detailed description of signal processing performed in the receiver front end 301 is omitted in this specification.

지상국에서 수신된 레이다 반사신호 데이터(302a)는 신호 전처리 프로세스(310)에 의해 다중채널 영상형성 처리에 적합하도록 재단될 수 있다. 슬레이브 위성들(120)로부터 수신된 레이다 반사신호 데이터(302a)에는 바이스태틱 비동기성에 의해 발생하는 잔여 위상 오차 성분과 채널 간 응답 불균형이 존재할 수 있다. 신호 전처리 프로세서(310)는 마스터 위성(110)의 수신기(114)에서 수신한 중심 채널의 레이다 반사신호 데이터(311)를 기준으로 레이다 반사신호 데이터(302a)의 잔여 위상 오차 성분과 채널 간 응답 불균형을 교정할 수 있다. 신호 전처리 프로세스(310)를 통해 전처리된 레이다 반사신호 데이터(302a)는 SAR 원시데이터(312a)로 지칭된다. SAR 원시 영상들(312b)은 대응하는 SAR 원시데이터들(312a)을 영상으로 표시한 것이다.The radar reflection signal data 302a received from the ground station may be tailored to be suitable for multi-channel image formation processing by the signal pre-processing process 310. The radar reflection signal data 302a received from the slave satellites 120 may have a residual phase error component and inter-channel response imbalance caused by bistatic asynchrony. The signal pre-processing processor 310 determines the residual phase error component of the radar reflection signal data 302a and the response imbalance between channels based on the radar reflection signal data 311 of the center channel received from the receiver 114 of the master satellite 110. can be corrected. The radar return signal data 302a preprocessed through the signal preprocessing process 310 is referred to as SAR raw data 312a. The SAR raw images 312b are displayed as images of the corresponding SAR raw data 312a.

SAR 원시데이터(312a)는 거리 압축 프로세스에 의해 거리 압축이 수행될 수 있다. 마스터 위성(120)으로부터 획득된 레이다 관측신호를 복제하여 복제 데이터(322)를 생성하고, SAR 원시데이터들(312a) 각각을 복제 데이터(322)와 정합 필터링을 수행함으로써 거리 압축이 이루어진다. 복제 데이터(322)와의 정합 필터링의 결과로 채널 별 거리 프로파일 데이터들(321a)이 생성될 수 있다. 거리 프로파일 영상들(321b)은 대응하는 거리 프로파일 데이터들(321a)을 영상으로 표시한 것이다.Distance compression may be performed on the SAR raw data 312a by a distance compression process. Distance compression is achieved by duplicating the radar observation signal acquired from the master satellite 120 to generate duplicate data 322, and performing matched filtering on each of the SAR raw data 312a with the duplicate data 322. As a result of matched filtering with the duplicate data 322, distance profile data 321a for each channel may be generated. The distance profile images 321b display the corresponding distance profile data 321a as images.

채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)는 대응하는 거리 프로파일 데이터들(321a)을 이용하여 채널 별 독립적인 SAR 영상 데이터(341a)를 생성하는 과정이다. 멀티스태틱 SAR 영상 시스템(100)을 구성하는 마스터 위성(110)의 송신기(112)와 같은 송신기 요소와 슬레이브 위성들(120)의 수신기(124)와 같은 수신기 요소는 개별적으로 바이스태틱 구조이므로, 채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)는 통상적인 모노스태틱 SAR 영상형성 커널이 아닌 바이스태틱 영상형성 커널에 의해 수행되며, 마스터 위성(110)의 상태 벡터(331a)와 슬레이브 위성들(120)의 상태 벡터(331b)를 이용하여 계산함으로써 채널 별 거리 프로파일 데이터들(321a)로부터 채널 별 독립적인 SAR 영상 데이터(341a)를 생성할 수 있다.The SAR image generation process 330 for each channel is a process of generating independent SAR image data 341a for each channel using the corresponding distance profile data 321a. Transmitter elements such as the transmitter 112 of the master satellite 110 constituting the multistatic SAR imaging system 100 and receiver elements such as the receiver 124 of the slave satellites 120 each have a bistatic structure, so the channel The star SAR image generation process 330 is performed by a bistatic image forming kernel rather than a typical monostatic SAR image forming kernel, and the state vector 331a of the master satellite 110 and the state vectors of the slave satellites 120 By calculating using 331b, independent SAR image data 341a for each channel can be generated from the distance profile data 321a for each channel.

복수의 거리 프로파일 데이터(321a)는 마스터 위성(110)에 대응하는 중심 채널의 거리 프로파일 데이터와 슬레이브 위성들(120)에 대응하는 주변 채널의 거리 프로파일 데이터들을 포함한다. 중심 채널의 거리 프로파일 데이터에 대해서는 통상적인 모노스태틱 SAR 영상형성 커널에 의해 모노스태틱 SAR 영상 처리를 수행함으로써 중심 채널의 SAR 영상 데이터(341a)가 생성될 수 있다. 주변 채널의 거리 프로파일 데이터들에 대해서는 바이스태틱 SAR 영상형성 커널에 의해 바이스태틱 SAR 영상 처리를 수행함으로써 주변 채널의 SAR 영상 데이터들(341a)이 생성될 수 있다. 채널 별 독립적인 SAR 영상 데이터(341a)는 중심 채널의 SAR 영상 데이터(341a)와 주변 채널의 SAR 영상 데이터들(341a)을 포함한다.The plurality of distance profile data 321a includes distance profile data of a center channel corresponding to the master satellite 110 and distance profile data of peripheral channels corresponding to the slave satellites 120. SAR image data 341a of the center channel can be generated by performing monostatic SAR image processing on the distance profile data of the center channel using a typical monostatic SAR image forming kernel. SAR image data 341a of the peripheral channel may be generated by performing bistatic SAR image processing on the distance profile data of the peripheral channel by a bistatic SAR image forming kernel. Independent SAR image data 341a for each channel includes SAR image data 341a of the center channel and SAR image data 341a of peripheral channels.

채널 별 독립적인 SAR 영상 데이터(341a)는 싱글룩 복소(Single-Look Complex, SLC) SAR 영상 데이터이다. 채널 별 SAR 영상들(341b)은 대응하는 채널 별 SAR 영상 데이터들(341a)을 영상화한 것이다. The independent SAR image data 341a for each channel is single-look complex (SLC) SAR image data. The SAR images 341b for each channel are images of the corresponding SAR image data 341a for each channel.

채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)를 수행하는 단계에서 선택할 수 있는 영상형성 커널의 종류에는 제약이 없으나, 특정 알고리즘을 선택할 시에는 추가적인 절차가 필요할 수 있다. 예를 들면, 합성된 SAR 영상이 표적좌표공간으로 재구성되는 백프로젝션(Back-Projection) 커널 및 공간주파수 기반 커널을 채택하는 경우에는, 별도의 추가 절차 없이 채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)를 완료할 수 있다. 그러나 거리-도플러(Range-Doppler) 기반 영상형성 커널의 경우, SAR 영상이 데이터 공간 상에 제시되기 때문에, SAR 영상 생성 이후 SAR 영상을 표적좌표공간의 이미지 영역의 각 픽셀을 정렬하여 모든 채널의 특정 픽셀이 동일 표적좌표공간을 참조하는 것을 보장하기 위한 추가 프로세스가 수행될 수 있다.There are no restrictions on the type of image forming kernel that can be selected in the step of performing the SAR image generation process 330 for each channel, but additional procedures may be required when selecting a specific algorithm. For example, when using a back-projection kernel and a spatial frequency-based kernel in which the synthesized SAR image is reconstructed into the target coordinate space, the SAR image generation process 330 for each channel is completed without any additional procedures. can do. However, in the case of the Range-Doppler-based image formation kernel, since the SAR image is presented in the data space, after generating the SAR image, each pixel in the image area of the target coordinate space is aligned to determine the specific size of all channels. Additional processes may be performed to ensure that pixels refer to the same target coordinate space.

영상 정합 프로세스(340)는 채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)에서 생성된 채널 별 SAR 영상 데이터들(341a)을 단일 멀티스태틱 고해상도 SAR 영상(350)으로 정합하는 과정이다. 채널 별 SAR 영상 데이터들(341a)이 동일 표적좌표공간을 참조하고 있으므로, 영상 정합 프로세스(340)는 채널 별 SAR 영상 데이터들(341a)을 복소합(Complex Summation)함으로써 고해상도 SAR 영상(350)을 생성할 수 있다.The image matching process 340 is a process of matching the channel-specific SAR image data 341a generated in the channel-specific SAR image generation process 330 into a single multistatic high-resolution SAR image 350. Since the SAR image data 341a for each channel refers to the same target coordinate space, the image registration process 340 creates a high-resolution SAR image 350 by complex summing the SAR image data 341a for each channel. can be created.

도 3을 참조로 설명되는 본 발명에 따른 방법은 거리-도플러 스펙트럼 공간 등 전체 신호 응답이 효과적으로 더해질 수 있는 영역이라면 이미지 영역이 아닌 다른 영역에서도 수행될 수 있다. 또한, 채널 별 SAR 영상 생성 프로세스(330)에서 어떤 영상형성 커널을 사용했는지에 따라 영상 정합 프로세스(340)를 수행하기에 적합한 영역이 달라질 수 있다.The method according to the present invention described with reference to FIG. 3 can be performed in areas other than the image area as long as it is an area where the entire signal response can be effectively added, such as the distance-Doppler spectrum space. Additionally, an area suitable for performing the image registration process 340 may vary depending on which image forming kernel is used in the SAR image generation process 330 for each channel.

영상 정합 프로세스(340)가 완료되면, n개의 SAR 원시데이터(312a)로 이루어진 멀티스태틱 SAR 원시 데이터 세트로부터 하나의 멀티스태틱 고해상도 SAR 영상(350)이 생성된다.When the image registration process 340 is completed, one multistatic high-resolution SAR image 350 is generated from the multistatic SAR raw data set consisting of n pieces of SAR raw data 312a.

본 발명에 따르면, 마스터 위성(110)과 슬레이브 위성들(120)이 하나의 멀티스태틱 위성 편대를 구성함으로써, SAR 원시데이터(Raw Data)가 함유하는 정보량을 크게 향상시킬 수 있다. 멀티스태틱 다중채널 영상 생성 프로세스는 최종적으로 생성하는 1개의 SAR 영상에 이러한 정보의 다양성을 온전히 반영할 수 있으므로, 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템은 모노스태틱 시스템보다 효율적으로 고해상도의 SAR 영상을 생성하는 것이 가능하다.According to the present invention, the master satellite 110 and the slave satellites 120 form one multistatic satellite formation, so that the amount of information contained in SAR raw data can be greatly improved. Since the multistatic multi-channel image generation process can fully reflect the diversity of this information in one final SAR image, the multistatic SAR system according to the present invention generates high-resolution SAR images more efficiently than the monostatic system. It is possible.

도 4는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템의 위성 편대 구성의 효과를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 고해상도 SAR 영상을 생성하는 방법의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 6a 내지 6d는 본 발명에 따른 멀티스태틱 SAR 시스템의 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 도시한다.FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the satellite formation configuration of the multistatic SAR system according to the present invention, and FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the method for generating a high-resolution SAR image according to the present invention. 6A to 6D show computer simulation results of a multistatic SAR system according to the present invention.

도 6a는 3대의 위성체(TX/RX1, RX2, RX3)로부터 기선거리 약 5km, 고도 550km의 관측 기하를 구성하는 멀티스태틱 SAR 시스템(600)을 모사한 컴퓨터 시뮬레이션을 도시한다.Figure 6a shows a computer simulation simulating a multistatic SAR system 600 that configures an observation geometry of about 5 km baseline distance and 550 km altitude from three satellites (TX/RX1, RX2, and RX3).

도 4를 참조하면, 위성 편대(410)는 제1 위성체(410a), 제2 위성체(410b) 및 제3 위성체(410c)를 포함한다. 제2 위성체(410b)는 송신기와 수신기를 모두 포함하여 마스터 위성(도 1의 110)으로 기능하고, 제1 위성체(410a)와 제3 위성체(410c)는 수신기만을 포함하여 슬레이브 위성(도 1의 120)으로 기능할 수 있다. 제1 위성체(410a), 제2 위성체(410b) 및 제3 위성체(410c)는 동일한 기선거리만큼 이격하여 배열되며, 동일한 궤도를 동일한 속도로 회전할 수 있다. 위성 편대(410)는 4개 이상의 위성체를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the satellite formation 410 includes a first satellite 410a, a second satellite 410b, and a third satellite 410c. The second satellite 410b includes both a transmitter and a receiver and functions as a master satellite (110 in FIG. 1), and the first satellite 410a and the third satellite 410c include only a receiver and function as a slave satellite (110 in FIG. 1). 120). The first satellite 410a, the second satellite 410b, and the third satellite 410c are arranged to be spaced apart by the same baseline distance, and may rotate in the same orbit at the same speed. Satellite constellation 410 may include four or more satellites.

위성 편대(410)에서 모든 위성체(410a, 410b, 410c)의 속도는 동일하고, 송신기 빔과 수신기 빔이 형성하는 합성 안테나 풋프린트 역시 거의 균일하므로, 각각의 채널에서 확보되는 도플러 스펙트럼(420a, 420b, 420c)의 대역폭의 크기는 동일하게 결정된다.In the satellite formation 410, the speeds of all satellites 410a, 410b, and 410c are the same, and the composite antenna footprint formed by the transmitter beam and receiver beam is also almost uniform, so the Doppler spectrum 420a, 420b secured in each channel , 420c), the size of the bandwidth is determined in the same way.

제2 위성체(410b), 즉, 마스터 위성의 수신 채널에서 획득된 도플러 스펙트럼(420b)은 동등한 조건에서의 모노스태틱 스펙트럼과 같으므로, 각 채널의 도플러 스펙트럼(420a, 420b, 420c)의 대역폭 자체는 모노스태틱 스펙트럼의 대역폭과 다르지 않다. 그러나 제2 위성체(410b)의 모노스태틱 채널을 제외한, 제1 위성체(410a)와 제3 위성체(410c) 각각의 바이스태틱 채널에서 각 수신기는 관측영역에 대해 제2 위성체(410b)와 다른 스퀸트 각을 점유하기 때문에, 합성각의 다양성이 확보된다. 이는 스펙트럼 상에서 도플러 센트로이드(Doppler Centroid) 위치의 변화로 나타난다.Since the Doppler spectrum 420b acquired from the reception channel of the second satellite 410b, that is, the master satellite, is the same as the monostatic spectrum under equivalent conditions, the bandwidth of the Doppler spectrum 420a, 420b, and 420c of each channel itself is It is no different from the bandwidth of a monostatic spectrum. However, excluding the monostatic channel of the second satellite 410b, each receiver in the bistatic channels of the first satellite 410a and the third satellite 410c has a squint different from the second satellite 410b for the observation area. Since the angle is occupied, the diversity of composite angles is secured. This appears as a change in the position of the Doppler Centroid on the spectrum.

이에 따라 각 채널의 도플러 주파수 응답은 채널 별로 다르게 발생하는 도플러 센트로이드(421a, 421b, 421c)를 중심으로 형성되어, 전체 멀티스태틱 데이터 세트가 참조하는 도플러 주파수의 범위는 모노스태틱 대역폭의 최대 n배에 달하는 거대한 스펙트럼(430)으로 나타나게 된다. 이는 도 6b의 컴퓨터 시뮬레이션에서 취득한 SAR 원시데이터로부터 형성한 도플러 대역폭 측정 결과(610)에서도 확인할 수 있다.Accordingly, the Doppler frequency response of each channel is formed around Doppler centroids 421a, 421b, and 421c that occur differently for each channel, and the range of Doppler frequencies referenced by the entire multistatic data set is up to n times the monostatic bandwidth. It appears as a huge spectrum (430) reaching . This can also be confirmed in the Doppler bandwidth measurement result 610 formed from SAR raw data acquired from the computer simulation of Figure 6b.

따라서, 본 발명에 따라서 위성 편대 구성을 통해 넓은 대역폭을 확보함으로써 고해상도의 SAR 영상을 생성할 수 있다.Therefore, according to the present invention, high-resolution SAR images can be generated by securing a wide bandwidth through the configuration of a satellite formation.

도 5를 참조하면, 개별 수신 채널 별로 형성한 서브 이미지(501, 511, 521)의 특정 픽셀은 실제 표적이 위치한 표적좌표공간의 동일 지점을 참조한다. 표적-센서 간 거리와 대비하여 기선거리가 매우 작다는 조건 하에서, 무한한 개구면시간 동안 표적좌표공간에서 해당 픽셀이 참조하는 지점이 형성하는 점상 강도 분포함수(502a, 512a, 522a)는 동일하다. 그러나 실제 관측시간은 유한하므로, 송신기(T)와 수신기(R)의 기하(500, 510, 520)가 주어질 때 실제 데이터에서 관측된 표적 응답은 점상 강도 분포함수의 일부분(502b, 512b, 522b)이다. 이는 도 6c의 컴퓨터 시뮬레이션의 거리 히스토리 기록(620)을 통해서도 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, specific pixels of sub-images 501, 511, and 521 formed for each receiving channel refer to the same point in the target coordinate space where the actual target is located. Under the condition that the baseline distance is very small compared to the distance between the target and the sensor, the point intensity distribution functions (502a, 512a, 522a) formed by the point referenced by the corresponding pixel in the target coordinate space during the infinite aperture time are the same. However, since the actual observation time is finite, given the geometries (500, 510, 520) of the transmitter (T) and receiver (R), the target response observed in the actual data is a portion of the point intensity distribution function (502b, 512b, 522b) am. This can also be confirmed through the distance history record 620 of the computer simulation of FIG. 6C.

채널 별 영상 생성 과정은 데이터에 기록된 분포 응답(502b, 512b, 522b)을 하나의 픽셀로 누적한다. 따라서, 영상 생성 절차의 구상에 따라 채널 별 서브 이미지의 픽셀 정합이 완벽하게 완료되었을 경우, 각 서브 이미지를 더함으로써 생상되는 정합 영상의 해당 픽셀(430)은 채널 별 분포 응답을 중첩(431)하게 되므로, 더욱 긴 개구면에서 획득한 신호로부터 영상을 형성한 것과 같은 효과를 낼 수 있다. 이는 도 6d의 마스터 위성의 레퍼런스 채널 단독으로 생성한 모노스태틱 SAR 영상(630a)과 본 발명에 따라 전체 채널을 정합하여 생성한 멀티스태틱 SAR 영상(630b)의 방위 방향 해상도를 비교함으로써 확인할 수 있다.The image generation process for each channel accumulates the distribution responses (502b, 512b, and 522b) recorded in the data into one pixel. Therefore, when the pixel matching of the sub-image for each channel is completely completed according to the design of the image generation procedure, the corresponding pixel 430 of the matched image created by adding each sub-image overlaps the distribution response for each channel (431). Therefore, it is possible to produce the same effect as forming an image from signals acquired from a longer aperture. This can be confirmed by comparing the azimuth resolution of the monostatic SAR image 630a generated solely from the reference channel of the master satellite in FIG. 6D and the multistatic SAR image 630b generated by matching all channels according to the present invention.

이상의 설명은 표준적인 SAR 관측 모드인 스트립맵 모드를 기준으로 작성되었으나, 송신기-수신기 사이에 동적인 빔 조향 동기를 맞출 수 있다면, 스캔(ScanSAR), TOPS 등 광역 영상화 모드에서의 해상도 향상에도 응용하는 것이 가능하다. 이때, 신호처리 단계에서 빔 조향에 의해 발생하는 추가적인 위상 오차의 교정 루틴이 추가될 수 있다. 광역 영상화 모드는 해상도를 트레이드-오프로 삼아 관측 범위를 향상시키는 특징을 가지고 있어, 본 발명에서 제안하는 구성을 채용할 시 광역 관측과 고해상도라는 양립 불가분한 성능지표를 동시에 만족할 수 있게 된다.The above explanation was written based on the strip map mode, which is a standard SAR observation mode, but if dynamic beam steering synchronization can be achieved between the transmitter and receiver, it can also be applied to improve resolution in wide-area imaging modes such as ScanSAR and TOPS. It is possible. At this time, a correction routine for additional phase error generated by beam steering may be added in the signal processing step. The wide-area imaging mode has the characteristic of improving the observation range by taking resolution as a trade-off, so when the configuration proposed in the present invention is adopted, the inseparable performance indicators of wide-area observation and high resolution can be satisfied at the same time.

이상 설명된 다양한 실시예들은 예시적이며, 서로 구별되어 독립적으로 실시되어야 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 설명된 실시예들은 서로 조합된 형태로 실시될 수 있다.The various embodiments described above are illustrative and should not be distinguished from each other and should be implemented independently. Embodiments described herein may be implemented in combination with each other.

이상 설명된 다양한 실시예들은 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 또한, 매체는 단일 또는 수개 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 애플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.The various embodiments described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program may be recorded on a computer-readable medium. At this time, the medium may continuously store a computer-executable program, or temporarily store it for execution or download. In addition, the medium may be a variety of recording or storage means in the form of a single or several pieces of hardware combined. It is not limited to a medium directly connected to a computer system and may be distributed over a network. Examples of media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, And there may be something configured to store program instructions, including ROM, RAM, flash memory, etc. Additionally, examples of other media include recording or storage media managed by app stores that distribute applications, sites or servers that supply or distribute various other software, etc.

본 명세서에서, "부", "모듈" 등은 프로세서 또는 회로와 같은 하드웨어 구성(hardware component), 및/또는 프로세서와 같은 하드웨어 구성에 의해 실행되는 소프트웨어 구성(software component)일 수 있다. 예를 들면, "부", "모듈" 등은 소프트웨어 구성 요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들에 의해 구현될 수 있다.In this specification, “unit”, “module”, etc. may be a hardware component such as a processor or circuit, and/or a software component executed by the hardware component such as a processor. For example, "part", "module", etc. refer to software components, object-oriented software components, components such as class components and task components, processes, functions, properties, etc. It may be implemented by procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (10)

송신기와 수신기를 포함하는 마스터 위성; 및
각각 수신기를 포함하는 복수의 슬레이브 위성을 포함하고,
상기 마스터 위성과 상기 복수의 슬레이브 위성은 동일한 궤도 상에 미리 설정된 기선거리만큼 이격하여 배열되고, 빔 중심이 서로 동기화되고,
상기 마스터 위성의 상기 송신기는 레이다 관측신호 및 동기화 레퍼런스 신호를 송신하고,
상기 복수의 슬레이브 위성은 상기 동기화 레퍼런스 신호를 수신하여 상기 마스터 위성과 동기화되고,
상기 복수의 슬레이브 위성의 상기 수신기와 상기 마스터 위성의 상기 수신기는 상기 레이다 관측신호가 관측 대상 영역에서 반사된 레이다 반사신호를 수신하여 레이다 반사신호 데이터를 생성하고, 지상국이 자신의 데이터링크의 커버리지에 들어오면 상기 레이다 반사신호 데이터를 상기 지상국에 전송하고,
상기 지상국은,
상기 복수의 슬레이브 위성과 상기 마스터 위성으로부터 상기 레이다 반사신호 데이터를 각각 수신하고,
복수의 상기 레이다 반사신호 데이터를 전처리하여 복수의 SAR 원시데이터를 생성하고,
상기 복수의 SAR 원시데이터에 대하여 거리압축을 수행하여 복수의 거리 프로파일 데이터를 생성하고,
상기 마스터 위성의 상태 벡터와 상기 복수의 슬레이브 위성의 상태 벡터들을 이용하여 상기 복수의 거리 프로파일 데이터에 각각 대응하는 복수의 SAR 영상 데이터를 생성하고,
상기 복수의 SAR 영상 데이터를 영상 정합하여 멀티스태틱 고해상도 합성개구레이다(SAR) 영상을 생성하는 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템.
Master satellite containing transmitter and receiver; and
a plurality of slave satellites each including a receiver;
The master satellite and the plurality of slave satellites are arranged on the same orbit and spaced apart by a preset baseline distance, and their beam centers are synchronized with each other,
The transmitter of the master satellite transmits a radar observation signal and a synchronization reference signal,
The plurality of slave satellites are synchronized with the master satellite by receiving the synchronization reference signal,
The receiver of the plurality of slave satellites and the receiver of the master satellite receive a radar reflection signal in which the radar observation signal is reflected from the observation target area to generate radar reflection signal data, and the ground station determines the coverage of its data link. Upon entering, the radar reflection signal data is transmitted to the ground station,
The ground station is,
Receiving the radar reflection signal data from the plurality of slave satellites and the master satellite, respectively,
Generating a plurality of SAR raw data by pre-processing the plurality of radar reflection signal data,
Performing distance compression on the plurality of SAR raw data to generate a plurality of distance profile data,
Generating a plurality of SAR image data respectively corresponding to the plurality of distance profile data using the state vector of the master satellite and the state vectors of the plurality of slave satellites,
A satellite-based multistatic synthetic aperture radar system that generates a multistatic high-resolution synthetic aperture radar (SAR) image by image matching the plurality of SAR image data.
청구항 1에 있어서,
상기 마스터 위성은 관측 계획에 따라 상기 관측 대상 영역 내의 기준점에 대하여 목표하는 관측 기하를 유지하도록 빔을 조향하고, 이때의 빔 조향 정보를 상기 복수의 슬레이브 위성들에 전송하고,
상기 복수의 슬레이브 위성들은 상기 빔 조향 정보를 기초로 각각 상기 기선거리에 대응하는 스퀸트 각도를 형성하도록 빔을 조향함으로써 상기 마스터 위성과 상기 빔 중심을 동기화하는 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템.
In claim 1,
The master satellite steers a beam to maintain a target observation geometry with respect to a reference point within the observation target area according to an observation plan, and transmits beam steering information to the plurality of slave satellites,
A satellite-based multistatic synthetic aperture radar system in which the plurality of slave satellites synchronize the beam center with the master satellite by steering the beam to form a squint angle corresponding to the baseline distance, respectively, based on the beam steering information.
청구항 1에 있어서,
상기 복수의 슬레이브 위성과 상기 마스터 위성은 상기 레이다 반사신호를 디지털화하여 상기 레이다 반사신호 데이터를 생성하는 위성 기반 멀티스태틱 합성개구레이다 시스템.
In claim 1,
A satellite-based multistatic synthetic aperture radar system in which the plurality of slave satellites and the master satellite digitize the radar reflection signal to generate the radar reflection signal data.
컴퓨팅 장치에 의해 수행되는 방법으로서,
마스터 위성과 복수의 슬레이브 위성으로부터 복수의 레이다 반사신호 데이터를 수신하는 단계;
상기 복수의 레이다 반사신호 데이터를 전처리하여 복수의 SAR 원시데이터를 생성하는 단계;
상기 복수의 SAR 원시데이터에 대하여 거리압축을 수행하여 복수의 거리 프로파일 데이터를 생성하는 단계;
상기 마스터 위성의 상태 벡터와 상기 복수의 슬레이브 위성의 상태 벡터들을 이용하여 상기 복수의 거리 프로파일 데이터에 각각 대응하는 복수의 SAR 영상 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 복수의 SAR 영상 데이터를 영상 정합하여 멀티스태틱 고해상도 합성개구레이다(SAR) 영상을 생성하는 단계를 포함하는 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법.
A method performed by a computing device, comprising:
Receiving a plurality of radar reflection signal data from a master satellite and a plurality of slave satellites;
Preprocessing the plurality of radar reflection signal data to generate a plurality of SAR raw data;
generating a plurality of distance profile data by performing distance compression on the plurality of SAR raw data;
generating a plurality of SAR image data respectively corresponding to the plurality of distance profile data using the state vector of the master satellite and the state vectors of the plurality of slave satellites; and
A method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image comprising the step of generating a multistatic high-resolution synthetic aperture radar (SAR) image by image matching the plurality of SAR image data.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 레이다 반사신호 데이터를 전처리하여 복수의 SAR 원시데이터를 생성하는 단계는,
상기 마스터 위성에서 수신한 중심 채널의 레이다 반사신호 데이터를 기준으로, 상기 복수의 슬레이브 위성들에서 각각 수신한 주변 채널의 레이다 반사신호 데이터들의 잔여 위상 오차 성분과 채널 간 응답 불균형을 교정하는 단계를 포함하는 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법.
In claim 4,
The step of preprocessing the plurality of radar reflection signal data to generate a plurality of SAR raw data,
Comprising the step of correcting the residual phase error component and inter-channel response imbalance of radar reflection signal data of peripheral channels received from each of the plurality of slave satellites, based on the radar reflection signal data of the center channel received from the master satellite. A method of generating high-resolution synthetic aperture radar images.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 SAR 원시데이터에 대하여 거리압축을 수행하여 복수의 거리 프로파일 데이터를 생성하는 단계는,
상기 마스터 위성으로부터 획득된 레이다 관측신호를 복제하여 복제 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 SAR 원시데이터 각각을 상기 복제 데이터와 정합 필터링을 수행하는 단계를 포함하는 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법.
In claim 4,
The step of generating a plurality of distance profile data by performing distance compression on the plurality of SAR raw data,
Generating duplicate data by replicating radar observation signals obtained from the master satellite; and
A method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image comprising the step of performing matched filtering on each of the SAR raw data and the duplicate data.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 거리 프로파일 데이터에 각각 대응하는 복수의 SAR 영상 데이터를 생성하는 단계는,
상기 복수의 거리 프로파일 데이터 중에서 상기 마스터 위성에 대응하는 중심 채널의 거리 프로파일 데이터에 대하여 모노스태틱 SAR 영상 처리함으로써 상기 복수의 SAR 영상 데이터 중에서 중심 채널의 SAR 영상 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 복수의 거리 프로파일 데이터 중에서 상기 복수의 슬레이브 위성에 대응하는 주변 채널의 거리 프로파일 데이터들에 대하여 바이스태틱 SAR 영상 처리함으로써 상기 복수의 SAR 영상 데이터 중에서 주변 채널의 SAR 영상 데이터들을 생성하는 단계를 포함하는 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법.
In claim 4,
The step of generating a plurality of SAR image data respectively corresponding to the plurality of distance profile data,
generating SAR image data of a center channel among the plurality of SAR image data by performing monostatic SAR image processing on distance profile data of a center channel corresponding to the master satellite among the plurality of distance profile data; and
Generating SAR image data of a peripheral channel among the plurality of SAR image data by performing bistatic SAR image processing on the distance profile data of a peripheral channel corresponding to the plurality of slave satellites among the plurality of distance profile data. How to generate high-resolution synthetic aperture radar images.
청구항 4에 있어서,
상기 복수의 SAR 영상 데이터 내의 동일 위치의 픽셀은 동일 표적좌표공간을 참조하는 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법.
In claim 4,
A method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image in which pixels at the same location in the plurality of SAR image data refer to the same target coordinate space.
청구항 4에 있어서,
상기 멀티스태틱 고해상도 SAR 영상은 상기 복수의 SAR 영상 데이터들을 픽셀 별로 복소합(Complex Summation)을 수행함으로써 생성되는 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법.
In claim 4,
The multi-static high-resolution SAR image is a method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image generated by performing complex summation of the plurality of SAR image data for each pixel.
컴퓨팅 장치를 이용하여 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 고해상도 합성개구레이다 영상을 생성하는 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a medium to execute the method of generating a high-resolution synthetic aperture radar image according to any one of claims 4 to 9 using a computing device.
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