KR100686919B1 - 매설 물체의 원격 탐지를 위한 수동방법 및 시스템 - Google Patents

매설 물체의 원격 탐지를 위한 수동방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

지하 물체의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위한 방법을 제공한다. 선형 배열로 위치한 다수의 별개 안테나가 상호 평행한 방위 각도로 전자기장을 수신하도록 지향된다. 선형 배열은 지하 물체와 매개 매체에 의해 방출되는 RF 스펙트럼에서 저레벨 랜덤 노이즈 신호를 수동적으로 획득하기 위해 다수의 다른 방위 각도로 집중된다. 방사측정수신기는 별개 채널로서 각각의 안테나에 의해 획득된 노이즈 신호를 수신하여, 이를 디지털화한 다음,
· 방사측정 수신기에 의해 수신된 각각의 별개 채널에 대한 수학 적분을 수행하는 단계,
· 적분된 채널들 각각으로부터 다수의 동시 디지털 합성 전자기장을 생성하는 단계,
· 다수의 다른 공간상 각도로 다수의 전자기장을 지향하는 단계,
· 각각의 적분된 채널 응답에 자기상관연산을 실행하는 단계,
· 각각의 적분된 채널 응답의 자기상관연산 결과에 역 푸리에 변환을 연산하는 단계,
·주파수의 함수로서 세기를 나타내는 분광을 생성하는 단계,의 다수의 동작을 실행하는 신호처리기로 전송된다. 전술의 모든 동작으로부터, 본 발명의 시스템은 지하 물체의 위치와 깊이를 결정할 수 있다.

Description

매설 물체의 원격 탐지를 위한 수동방법 및 시스템{A PASSIVE TECHNIQUE FOR THE REMOTE DETECTION OF BURIED OBJECTS}
본 발명은 일반적으로 매설 물체의 원격 탐지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 지하 물체의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 고감도, 고해상도, 광역 유효 범위 및 지하 물체에 기인하는 수동 광대역 방사측정신호의 주파수 영역처리를 제공하는 동시 다중빔 아키텍처를 포함한다. 다차원 타켓 특성 벡터 배열은 표면 위치와 예측 깊이에 의하여 타켓 물체를 공간적으로 찾아내기 위한 연산에 사용된다.
하기의 미국 특허는 일반적으로 발명이 착상된 시기의 종래 기술을 지시하는 것으로서, 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 이용한 매설 물체를 원격적으로 탐지하기 위한 각종 시스템을 개시한다.
특허번호 발명자(들) 발행일
5,499,029 배쉬포스 등 03/12/96
5,446,461 프레지에르 08/29/95
5,357,253 밴 에텐 등 10/18/94
5,339,080 스타인웨이 등 08/16/94
5,325,095 배드나이스 등 06/28/94
4,843,597 게씽 등 06/27/89
하기의 참고자료는 각종 지면 관통 레이더 시스템을 개시한다.
특허번호 발명자(들) 발행일
5,499,029 배쉬포스 등 03/12/96
5,446,461 프레지에르 08/29/95
5,357,253 밴 에텐 등 10/18/94
5,333,080 스타인웨이 등 08/16/94
5,325,095 배드나이스 등 06/28/94
4,843,597 게씽 등 06/27/89
인용된 모든 인용자료는 통상적인 레이더 시스템에 속한다. 특히, 이들 모두는 조명 에너지원으로 레이더 송신기를 사용한다. 이러한 인위적으로 발생된 에너지가 목표물을 향해 진행하고 궁극적으로 매설된 물체에 의해 반사된다.
전술한 기술 내용으로 본 발명이 인식되고 이제 실행된다.
본 발명은 지하, 또는 매설된 물체의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위한 방법에 관한 것이다. 선형 배열(linear array)로 위치한 다수의 개별 안테나는 상호 평행한 방위각도로 전자기장를 수용하도록 지향된다. 선형 배열은 지하 물체와 둘러싸인 지형에 의해 방출되는 RF 스펙트럼에서 저레벨 랜덤 노이즈 신호를 수동적으로 획득하기 위하여 다수의 다른 방위 각도로 집중된다. 방사측정 수신기는 별개 채널로서 각각의 안테나에 의해 획득된 노이즈 신호를 수신하여, 이를 디지털화한 다음,
· 방사측정 수신기에 의해 수신된 각각의 별개 채널에 대한 수학 적분을 수행하는 단계,
· 적분된 채널들 각각으로부터 다수의 동시 디지털 합성 전자기장을 생성하는 단계,
· 다수의 다른 공간상 각도로 다수의 전자기장을 지향하는 단계,
· 각각의 적분된 채널 응답에 자기상관연산을 실행하는 단계,
· 각각의 적분된 채널 응답의 자기상관연산 결과에 역 푸리에 변환을 연산하는 단계,
·주파수의 함수로 세기를 나타내는 분광(spectrograph)을 생성하는 단계,
의 다수의 동작을 실행하는 신호처리기로 전송된다.
전술의 모든 동작으로부터, 본 발명의 시스템은 지하 물체의 위치와 깊이를 결정할 수 있다.
본 명세서에 개시된 접근 방법은 물체와 표면 사이의 매개 매체와 매설 물체에 기원하는 자연 발생 수동 광대역 라디오 주파수 방사측정 신호의 탐지와 처리로 구성된다. 물체에 의해 방출되거나 물체에 의해 반사될 수 있고, 또는 이들 양자에 의한 이들 신호는 물질의 방사율과 물리적 온도에 기인할 수 있다. 원자/분자 레벨에서, 물질 입자는 그 열에너지에 의해 교란되고 그 자체 구조 내에 가속과 충돌 결과로 방사한다. 이들 신호는 라디오 주파수 방사측정 수신기에 의해 수신 처리된다. 이 접근법은 여러 중요하고 특이한 장점을 갖는다. 이들 방법은 외부 송신기가 필요 없기 때문에, 또 수동적이고, 은폐적(convert)이기 때문에, 구조가 간단하고 경제적이다. 또, 가장 중요한 특이점은, 관심의 매설 물체와 매개 매체 또는 과도한(overburden) 물질로부터의 방사측정 신호들의 상호 작용이다. 이러한 계층화된 레이어링(stratified layering)은 주파수 영역에서 세기 스펙트럼(에너지 대 주파수) 특성을 인식할 수 있는 공명구조를 형성한다. 이는 매설 물체의 탐지 뿐 아니라 그 깊이를 예측할 수 있도록 한다. 또, 다중빔 안테나 아키텍처로부터 각각의 공간적으로 구별되는 응답의 자기상관의 역 푸리에 변환을 통해 세기 스펙트럼을 발생하기 위한 특이한 방법이 고려된다.
본 발명의 목적은 매설 물체의 원격 탐지를 위한 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 지하 물체의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위한 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고민감도, 고해상도, 광역 유효범위 및 지하 물체에 기원하는 수동 광대역 방사측정 신호의 주파수 영역 처리를 제공하는 동시 다중빔 아키텍처를 포함하는 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그 표면 위치와 예측 깊이에 의하여 타켓 물체를 공간적으로 찾아내기 위한 연산에 사용되는 다차원 타켓 특성 벡터 어레이에 따른 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 송신기가 필요 없기 때문에, 또 수동적이고, 은폐적이기 때문에, 구조가 간단하고 저렴한 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 관심의 매설 물체와 과도한 물질로부터의 방사측정 신호의 상호 작용을 이용하며, 이 계층화된 레이어링이 주파수 영역에서 세기 스펙트럼(에너지 대 주파수) 특성을 인식할 수 있는 공명구조를 형성하고, 매설 물체의 탐지 뿐 아니라 그 깊이를 예측할 수 있는 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 다중빔 안테나 아키텍처로부터 각각의 공간적으로 구별되는 응답의 자기상관의 역 푸리에 변환을 통해 세기 스펙트럼의 발생에 필요한 특이한 방법이 고려된다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술보다 근본적으로 상이한 접근법을 추구하는 신규한 방법, 즉 특히 주파수 영역에서 방사측정 신호의 처리와 인식을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 진폭 방사측정 방법을 이용하지 않고, 세기 스펙트럼(세기 대 주파수)이 관심 대상의 매설 물체(들)를 인식 및 특성화하고 물체의 깊이를 결정하는 것에 따른 신규한 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 특징, 장점 및 이익은 첨부 도면과 함께 이후 상세한 설명으로 명백해진다. 전술의 일반적 설명과 다음의 상세한 설명은 예시적이고 설명적이지만 본 발명을 한정하는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 일부를 구성하고 내장하고 있는 첨부 도면은 설명과 함께 본 발명의 일 실시예를 도시하며, 일반 용어로 본 발명의 원리를 설명한다. 동일 참조번호는 본원 전체를 통해 동일 부품을 지시한다.
도 1은 매설 물체의 위치를 오버플라잉(overflying)하는 본 발명을 구현하는 시스템이 장착된 탐지 비행기를 개략적으로 도시하는 설명도이고,
도 2는 본 발명의 시스템을 서술하는 흐름도이고,
도 3은 본 발명을 위해 다수의 다른 공간 각도로 다수의 디지털 합성 전자기장을 지향하는, 본 발명의 시스템이 장착된 탐지 플랫폼으로서 비행기를 도시하는 사시도이고,
도 4는 분광으로 칭하는 곡선을 유발하는 (주파수에 비례하는) 파장의 함수로서 (세기에 비례하는) 온도를 나타내는 그래프이고,
도 5는 매설 물체의 깊이에 관계되는 주파수 분리 곡선을 유발하는 (주파수에 비례하는) 파장의 함수로서 (세기에 비례하는) 온도를 나타내는 그래프이고,
도 6은 프린지 간격(fringe spacing)의 함수로서 매설 물체의 깊이에 관한 결과적인 곡선을 나타내는 그래프이다.
도면을 참조하면, 먼저 도 1은 지하 물체(24)의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위해 본 발명을 구현하는 시스템(22)(도 2)이 장착된 탐지 플랫폼의 일 예로 비행기(20)를 도시한다. 탐지 깊이는, 시스템 성능, 물체 크기, 센서/목표 범위 및 방향 및 지면의 전자기 특성에 따라 지표면(26) 부근에서 지표면 아래 수 십 미터까지 다양하다. 이미 언급한 바와 같이, 본 발명의 접근은 매설 물체와 지표면(26) 사이의 매개 매체(30)와 매설 물체(24)에 기원하는 자연 발생 수동 광대역 라디오 주파수 방사측정 신호(28)의 탐지와 처리로 구성된다. 매설 물체에 의해 방출되거나 매설 물체에 의해 반사될 수 있고, 또는 이들 양자에 의한 이들 신호는 물질의 방사율과 물리적 온도에 기인할 수 있다. 원자/분자 레벨에서, 물질 입자는 그 열에너지에 의해 교란되고 그 자체 구조 내의 가속과 충돌 결과로 방사한다. 이들 신호는 안테나(32)에 의해 수신되고 라디오 주파수 방사측정 수신기(34)에서 처리된다.
이들 접근 방법은 외부 송신기가 필요 없기 때문에, 구조가 간단하고 저렴하다. 또, 시스템(20)이 수동적이기 때문에, 은폐적이다. 또 가장 중요한 특이점은 관심 대상의 매설 물체(24)와 매개 매체 또는 과도한 물질(30)로부터의 방사측정 신호들(28)의 상호 작용이다. 이러한 계층화된 레이어링은 주파수 영역에서 세기 스펙트럼(에너지 대 주파수) 특성을 인식할 수 있는 공명구조를 형성한다. 이는 매설 물체의 탐지 뿐 아니라 그 깊이를 예측할 수 있도록 한다. 또, 다중빔 안테나 아키텍처로부터 각각의 공간적으로 구별되는 응답의 자기상관의 역 푸리에 변환을 통해 세기 스펙트럼을 발생하기 위한 특이한 방법이 고려된다.
본 발명의 특이한 특징에 대한 특별한 확신은 고감도, 고해상도, 광역 유효 범위 및 지하 물체에 기인하는 수동 광대역 방사측정 신호의 주파수 영역처리을 제공하는 동시 다중빔 아키텍처를 포함한다. 다차원(주파수 및 공간) 타켓 특성 벡터 어레이는 그 표면 위치와 예측 깊이에 의하여 타켓 물체를 공간적으로 찾아내기 위한 연산에 사용된다. 본 방법의 주요 특징은 도 2에 개념적으로 도시되어 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 다수의 별개 안테나(32)가 다수의 다른 방 위각도의 촛점을 맞추는 선형 배열로 비행기(20)에 적절하게 장착되어 있다. 이들 안테나는 방위가 상호 평행한 방위 각도의 전자기장을 수신하도록 지향하고 지하물체(24)와 간섭매체(30)에 의해 방출되는 RF 스펙트럼의 저레벨 랜덤 노이즈 신호(28)를 수동적으로 획득하기 위해 동작가능하다. 각각의 안테나(32)는, 별개의 채널로서 각각의 안테나에 의해 획득된 노이즈 신호(28)를 수신하고 이를 디지털화하는 슈퍼헤테로다인(superheterodyne)형이 바람직한 진폭측정장치인 방사측정수신기 (34)에 연관되어 있다. 시스템(22)은 따라서 n 채널 시스템으로 언급될 수 있다. 대체로, 시스템(20)은, 발명의 동작에 중요한 여러 기능을 실행할 수 있는 중앙처리장치(CPU)인 신호처리기(36)의 포함으로 완성된다.
첫 실례로, 신호처리기(36)는 각각의 방사측정 수신기(34)에 의해 수신된 각각의 별개 채널에 대한 수학 적분을 수행한 다음, 각각의 적분된 채널로부터 다수의 동시 디지털 합성 전자기장(38)을 생성하고 지향된 전자기장(38a, 38b, 38c) 등과 같이 다수의 다른 공간상 각도(도 3 참조)로 다수의 전자기장을 지향한다. 그 결과, 신호처리기(36)는 각각의 집중 채널 응답에 자기상관연산을 실행하고, 각각의 적분된 채널 응답의 자기상관연산의 결과에 역 푸리에 변환을 연산한 다음, 그 정보로부터, (주파수에 비례하는) 파장 함수로서 (세기에 비례하는) 온도를 나타내는 분광(도 4 참조)을 발생시킨다. 연속하는 이웃 최소량(40a) 또는 골 사이, 또는 이웃한 최대량(40b) 또는 피크 사이의 간격을 측정함으로써, 매설 물체(24)의 깊이에 연관된 주파수 분리 곡선(42)(도 5 참조)이 얻어진다. 도 6은 매설 물체(24)의 깊이가 프린지 간격, 즉 분광(40)의 이웃한 최소량(40a) 또는 이웃한 최대량(40b) 사이의 간격과 연관된 물체 깊이 곡선(43)을 나타낸다.
신호처리기(36)는 또한 각각의 적분된 채널 응답에 자기상관연산의 반복을 실행할 수 있고 각각의 적분된 채널 응답의 자기상관연산의 결과에 역 푸리에 변환을 연산하는 특성을 소유하며, 자기상관연산을 실행함으로써 얻어진 출력에서 발생하는 정보로부터 매설 물체(24)의 크기를 연산할 수 있는 특성을 더 소유한다.
도 2를 참조하면, 시스템(22)은 다수의 안테나(32)에 의해 획득된 노이즈 신호 각각을 소정의 노이즈 신호와 매칭(matching)하는 진폭에 대한 공통 노이즈 기준(44)을 또한 포함하고 있다. 게다가, 안테나에 의해 획득된 노이즈 신호를 소정의 노이즈 신호로 매칭하는 진폭에 대한 공통 노이즈 기준(44) 사이를 선택적으로 스위칭하기 위해 각각의 안테나(32)와 연관된 방사측정 수신기(34) 사이에 적절한 스위치(46)가 직렬로 제공되어 있다. 이 공통 노이즈 기준은, 예컨대 소정 온도에서의 레지스터, 또는 일정 진폭 노이즈를 생성하는 반도체 접합일 수도 있다. 노이즈 기준(44)은 수신기에 발생된 노이즈와 수신기 사이의 언밸런스 효과를 제거하기 위해 방사측정 수신기를 측정하기 위한 수단을 제공하는 기능을 수행한다.
또 각각의 방사측정 수신기(34)는 하향 변환(down conversion)을 위해 참조번호(50)로 도식적으로 지시된 공통 혼합 신호를 제공하는 로컬 오실레이터(48)에 연관되어 있다. 동일하게, 공통 위상 기준 신호(50)는 간섭성 위상 탐지를 위해 각각의 방사측정 수신기(34) 각각에 제공된다. 시스템(22)의 동작을 통해, 각각의 방사측정 수신기(22)의 위상 간섭성을 보존하는 것이 필요하다. 예컨대, 오실레이터(48)는 유전체 공명기(dielectric resonator)이어도 좋고, 간편하게 취급된 매개 주파수로 하향 변환을 위하여, 헤테로다이닝에 대한 기준에 수신된 신호를 제공하는 국부적으로 발생된 라디오 주파수 신호를 발생하는 기능을 수행한다.
이 방법은, 여러 다양한 기법을 특이한 방법으로 일체화 한다. 이 방법의 기초는 라디오 주파수(RF) 방사측정에 기초한다. 이는, 물체에 의해 방출 및 반사되는 RF 스펙트럼에서 저레벨 랜덤 노이즈 신호의 수동적 획득 및 측정에 관한 것이다. 이 방사 노이즈의 원인은 관심 대상 물체 내에 분자운동, 그 배경과 그 주위를 열적으로 교란시킨다. 통상의 방사측정은 이러한 노이즈 에너지의 진폭의 공간상 분포를 측정하고 기록한다. 본 발명은 근본적으로 다른 접근, 특히 주파수 영역에서 방사측정 측정 신호의 처리 및 인식을 수행한다. 이 접근에서, 세기 스펙트럼(세기 또는 온도 대 주파수 또는 파장)은 관심 대상의 매설 물체를 인식하고 특성화하는 데에 사용된다. 이 방법은 또한 진폭 방사측정 기술을 이용하지 않고 물체의 깊이를 결정한다.
본 발명은 매설 물체와 그 주위 및 이들 양자의 복잡한 임피던스 편차의 자연적 및 인위적 수평방향 계층화의 주파수 분산 특성을 이용한다. 실시예는 토양의 지나친 부담과 매설 콘크리트 구조물 사이, 토양의 지나친 부담 및 지하 공간 사이, 또는 다른 지질학적 형성물 사이의 임피던스 변화를 포함한다. 층의 캐스케이딩(cascading) 또는 계층화(stratifying)는 전술한 신호가 이들 경계 또는 임피던스 불연속점에서 다수 반사를 수행하는 상호작용 구조를 형성한다. 이들 다수의 반사는 특징적 간섭 프린지의 결과 세트와 중첩된다. 이들 명료하게 인식가능한 최대치와 최소치는, RF 스펙트럼의 일부를 가로질러 확산된다. 이들 프린지 사이의 스펙트럼 분리는 이들 임피던스 경계 사이의 공간상 분리와 직접적으로 관련이 있다. 다수의 층은 복구된 세기 스펙트럼의 상세한 미세 구조를 발생한다.
이들의 본 출원에 고려된 방사측정 수신기는 심사숙고한 설계이다. 본 발명의 특이성은 이들 여러 장치들의 적용 및 후속하는 신호처리이다. 초기 고려 사항으로 전술적 공중 시나리오(tactical airborne scenario)에 적용하기 위한 여덟 개 슈퍼헤테로다인 방사측정 수신기와 함께 작동하는 여덟 개 별개 안테나의 선형 배열을 제안한다. 각각의 안테나/수신기 쌍(또는 채널)은 시험되는 영역으로부터 반사 및/또는 기원하는 저레벨 노이즈 신호를 수신, 탐지 및 디지털화한다. 각각의 채널은 진폭 매칭에 대한 공통 노이즈 기준 신호와 하향 변환과 위상 탐지를 위한 공통 로컬 오실레이터와 공통 위상 기준 신호를 공유한다. 탐지된 신호는, 지속 기간이 호스트 플랫폼의 동력학에 의해 결정되는 간섭성 처리 간격(duration coherent processing interval) 동안 통합된다. 공중 적용에 대해, 관심 영역에 대한 고도, 지면 속도, 범위, 및 각도는 이용가능한 통합 시간을 결정한다.
각각의 수신기 채널로부터의 디지털 출력은 위상과 진폭에 가중을 두고 신호처리기에서 벡터를 합계하여 다수의 복합 또는 지향식 전자기장을 형성한다. 다른 공간상 각도로 촛점된 이들 전자기장은 관심 대상 장면(scene)의 겹치는 영역을 제공하는 동시에 처리기에서 합성화된다. 단일 채널의 광대역 영역에 기인하는 광대역 검색과 다수 채널의 배열로부터의 촛점된 전자기장의 개선된 공간상 해상도의 복합 장점이 실현된다. 플랫폼 운동은 운동 방향을 따른 연속적 전자기장 사이의 장면 정보의 이동을 제공한다. 적절한 처리는 각각의 이웃한 전자기장의 공통 응답을 평가함으로써 공간상 해상도의 추가 첨예화(sharpening)를 제공한다.
방사측정신호의 주파수 영역 처리는 먼저 각각의 복합 전자기장의 합성된 응답의 자기상관 함수를 연산함으로써 실행된다. 다음에, 이들 자기상관 연산 각각의 역 푸리에 변환이 연산되어 특정의 복합 전자기장에 의해 포함되는 영역의 세기 스펙트럼을 제공한다. 탐지된 주파수 프린지는 매설 물체의 존재와 깊이를 나타낸다. 각각의 합성화된 안테나 전자기장의 지적(방향) 정보로, 매설 물체가 탐지되고 발견된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 기술되었지만, 당분야 당업자라면 명세서에 기술되고 첨부된 특허청구범위에 한정된 발명의 범위를 벗어나지 않고 각종 다른 변형이 도시된 실시예에 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 지하 물체의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 지하 물체와 매개 매체에 의해 방출 또는 반사되는 RF 스펙트럼에서 다수의 저레벨 랜덤 노이즈 신호를 수동적으로 획득하는 단계,
    (b) 별개 채널로서 단계 (a)에서 획득된 다수의 노이즈 신호 각각을 방사측정 수신기에 전달하는 단계,
    (c) 상기 방사측정 수신기에 의해 수신된 각각의 별개 채널에 대한 수학 적분을 실행하는 단계,
    (d) 상기 단계 (c)에서 발생하는 적분된 채널 각각으로부터 다수의 동시 디지털 합성 전자기장을 생성하는 단계,
    (e) 다수의 다른 공간상 각도로 상기 단계 (d)에서 발생된 다수의 전자기장을 지향하는 단계,
    (f) 적분된 채널 응답 각각에 자기상관연산을 수행하는 단계,
    (g) 상기 단계 (f)의 결과에 역 푸리에 변환을 연산하여, 이로부터 주파수의 함수로서 세기를 나타내는 분광(spectrograph)을 생성하는 단계,
    (h) 분광에 포함된 정보로부터 지하 물체의 위치와 깊이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    (i) 상기 단계 (f) 및 단계 (g)의 반복을 수행하는 단계, 및
    (j) 상기 단계(i)에서 얻어진 출력에서 발생하는 정보로부터 매설 물체의 크기를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (i-1) 상기 단계 (a)에서 획득된 노이즈 신호와 매칭하는 진폭을 위한 공통 노이즈 기준을 제공하는 단계, 및
    (j-1) 수신기를 조정 및 밸런싱하기 위해 상기 단계 (a)에서 획득된 노이즈 신호와 단계 (i-1)에서 획득된 노이즈 신호 사이를 선택적으로 전환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (i-2) 하향 변환을 위해 각각의 방사측정 수신기에 공통 로컬 오실레이터 신호를 제공하는 단계, 및
    (j-2) 간섭성 위상 탐지(coherent phase detection)를 위한 공통 위상 기준 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는,
    (i-3) 다수의 다른 방위 각도로 집중된 별개 안테나의 선형 배열을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 지하 물체의 존재와 위치를 수동적으로 탐지하기 위한 시스템에 있어서,
    지하 물체와 매개 매체에 의해 방출 또는 반사되는 RF 스펙트럼에서 저레벨 랜덤 노이즈 신호를 수동적으로 획득하기 위한 다수의 안테나,
    별개 채널로서 각각의 안테나에 의해 획득된 노이즈 신호들을 수신하기 위한 방사측정 수신기, 및
    상기 방사측정 수신기에 의해 수신된 각각의 별개 채널에 대한 수학 적분을 실행하고, 각각의 적분된 채널로부터 다수의 동시 디지털 합성 전자기장을 생성하고, 다수의 다른 공간상 각도로 다수의 전자기장을 지향하고, 적분된 채널 응답 각각에 자기상관연산을 수행하고, 각각의 적분된 채널 응답의 자기상관연산 결과에 역 푸리에 변환을 연산하고, 이로부터 주파수의 함수로서 세기를 나타내는 분광을 생성하기 위한 신호처리기를 구비하여,
    지하 물체의 위치와 깊이를 결정하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 신호처리기는,
    적분된 채널 응답 각각에 자기상관연산의 반복을 수행하고, 각각의 적분된 채널 응답의 자기상관연산 결과에 역 푸리에 변환을 연산하기 위한 수단, 및
    자기상관연산을 수행함으로써 얻어진 출력에서 발생하는 정보로부터 매설 물체의 크기를 연산하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    다수의 안테나에 의해 획득된 노이즈 신호를 소정의 노이즈 신호와 매칭하는 진폭을 위한 공통 노이즈 기준, 및
    방사측정 수신기를 조정하고 밸런싱하기 위하여 공통 노이즈 기준 사이를 선택적으로 전환하기 위해 각각의 안테나와, 그 연관된 방사측정 수신기 사이의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    하향 변환을 위해 각각의 별개 채널에 공통 로컬 오실레이터 신호를 제공하기 위한 오실레이터 수단, 및
    간섭성 위상 탐지용 공통 위상 기준 신호를 각각의 별개 채널에 제공하기 위한 공통 위상 기준 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    다수의 다른 방위 각도로 집중된 선형 배열의 다수의 별개 안테나, 및
    각각의 별개 안테나와 동작가능하게 연관된 다수의 슈퍼헤테로다인 방사측정 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6982666B2 (en) * 2001-06-08 2006-01-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Three-dimensional synthetic aperture radar for mine detection and other uses
AU2003270867A1 (en) * 2002-09-27 2004-04-19 Paul A. Cloutier Apparatus and method using continuous -wave radiation for detecting and locating targets hidden behind a surface
CA2514982C (en) * 2003-01-30 2012-10-16 Nancy K. Del Grande Thermal imaging method to detect subsurface objects
US7535407B2 (en) * 2005-03-15 2009-05-19 Prairielands Energy Marketing, Inc. Apparatus using continuous-wave radiation for detecting and locating targets hidden behind a surface
US8687742B2 (en) * 2010-06-07 2014-04-01 The United Sates Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Device and method for gathering ensemble data sets
KR101286060B1 (ko) * 2011-10-10 2013-07-18 한국과학기술연구원 적응형 신호 처리 방법 및 그 장치
RU2515291C1 (ru) * 2013-03-05 2014-05-10 Александр Абрамович Часовской Устройство обработки локационных сигналов
US9395727B1 (en) * 2013-03-22 2016-07-19 Google Inc. Single layer shared aperture beam forming network
US10436928B2 (en) 2014-12-19 2019-10-08 International Business Machines Corporation Detection and imaging of subsurface high impedance contrast objects

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3903520A (en) * 1960-08-11 1975-09-02 Us Navy Underwater object locating system
GB8426245D0 (en) * 1984-10-17 1984-11-21 British Gas Corp Microwave reflection survey equipment
NO164138C (no) * 1986-01-13 1990-08-29 Dag T Gjessing System for marin-seismiske undersoekelser.
US4905008A (en) * 1986-11-08 1990-02-27 Osaka Gas Co., Ltd. Radar type underground searching apparatus
US4864309A (en) * 1987-08-18 1989-09-05 Hughes Aircraft Company Microwave radiometer
US5148110A (en) * 1990-03-02 1992-09-15 Helms Ronald L Method and apparatus for passively detecting the depth and location of a spatial or temporal anomaly by monitoring a time varying signal emanating from the earths surface
US5248975A (en) * 1991-06-26 1993-09-28 Geophysical Survey Systems, Inc. Ground probing radar with multiple antenna capability
US5325095A (en) * 1992-07-14 1994-06-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Stepped frequency ground penetrating radar
US5499029A (en) * 1992-07-14 1996-03-12 Eg&G Energy Measurements, Inc. Wide band stepped frequency ground penetrating radar
US5357253A (en) * 1993-04-02 1994-10-18 Earth Sounding International System and method for earth probing with deep subsurface penetration using low frequency electromagnetic signals
US5339080A (en) * 1993-04-08 1994-08-16 Coleman Research Corporation Earth-penetrating synthetic image radar
US5446461A (en) * 1994-04-28 1995-08-29 Hughes Missile Systems Company Concrete penetrating imaging radar
US5673050A (en) * 1996-06-14 1997-09-30 Moussally; George Three-dimensional underground imaging radar system
US5886664A (en) * 1997-04-16 1999-03-23 Trw Inc. Method and apparatus for detecting mines using radiometry

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