KR100753819B1 - 멀티스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

멀티 스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템은 일정한 궤도에 따라 움직이며, 지역 관측을 위한 레이더 신호를 지표로 발사하고, 현재의 궤도 위치에 따라 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 궤도에 따른 지역 정보를 얻고, 상기 궤도에 따른 지역 정보를 제공하는 위성체, 상기 지표로부터 반사되는 레이더 신호 중, 상기 위성체의 현재 궤도 위치로 인해 상기 위성체가 수신하지 못하는 지역에서 반사되는 레이더 신호를 수신하여 해당 지역의 지역 정보를 얻고, 상기 해당 지역의 지역 정보를 제공하는 적어도 하나 이상의 항공기들에 탑재된 신호처리부 및 상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기들 각각으로부터 지역 정보를 수신하며, 각각으로부터 수신된 지역 정보 신호를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화하는 관측 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 보다 저렴한 비용으로 위성체의 궤도에 제한받지 않고 필요에 따라 위성체의 관측 범위이내의 지역에 대한 정보를 모두 얻을 수 있게 된다.

Description

멀티스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법{Multistatic radar detection system and method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 수행되는 멀티 스태틱 레이더 관측 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 지표로부터 반사된 레이더 신호가 SAR 영상으로 처리되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명은 지구관측위성과 항공기를 이용하여 지표나 목표물로부터 정보를 획득하는 레이더 관측 시스템에 관한 것으로, 특히, 과학, 환경, 군사 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 기술을 이용한 멀티스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
SAR 기술을 이용한 레이더 관측 시스템은 위성체나 항공기에서 레이더 신호를 송신하여 지표로부터 산란 또는 반사되는 신호를 수신하는 능동형 시스템이다. 이는 일반적인 광학위성이 해당되는 수동형 시스템에 비하여 야간이나 좋지 않은 기상 상태에서도 데이터를 획득할 수 있는 장점이 존재한다. 이러한 장점 때문에 과학적 응용분야 뿐만 아니라, 환경에 관련한 다양한 모니터링이나 군사학적 응용 분야에까지 폭넓게 사용되고 있다.
하지만, 현재의 SAR 관측 시스템은 하나의 위성체나 항공기에 신호 송신부와 신호 수신부를 모두 탑재하고 있는 모노스태틱(Monostatic) 시스템이 대부분이다. 하나의 위성체를 이용한 레이더 관측 시스템은 위성체가 지구 주위를 일정한 궤도에 따라 움직이므로, 일정한 시각에 관심 지역에 돌아와야지만 데이터 획득이 가능하다는 시간제한이 있다. 반면, 하나의 항공기를 이용한 레이더 관측 시스템은 항공기가 위성체에 비해 고도가 낮으므로 하나의 항공기를 이용하여 정보를 수집할 수 있는 지역이 위성체에 비해 매우 협소하다는 문제점이 있다. 또한, 항공기를 이용한 경우, 자국의 영토가 아닌 다른 지역에 대한 정보를 얻기는 현실적으로 많은 어려움이 따른다.
최근, 관심지역의 데이터를 모두 얻기 위하여 다수의 위성체나 항공기를 이용하는 멀티스태틱(Multistatic) 레이더 시스템이 연구되고 있다. 그러나, 다수의 위성체를 이용한 멀티스태틱 레이더 시스템은, 여러개의 위성체를 이용함으로써, 하나의 위성체를 이용한 경우 위성체의 궤도로 인해 관심지역의 데이터 획득에 시간적 제한이 있다는 문제점을 해결할 수 있으나, 비용의 부담이 매우 크다. 또한, 다수의 항공기들을 이용한 멀티스태틱 시스템은 하나의 항공기를 이용한 시스템보다 넓은 지역을 관측할 수 있으며 다수의 위성체를 이용하는 시스템보다 경제적이 긴 하나, 한꺼번에 관측할 수 있는 지역이 위성체를 이용한 경우보다 여전히 좁으며, 자국의 영토가 아닌 다른 지역에 대한 정보 또한 얻기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 경제적이면서 관측 범위를 넓게 할 수 있는 멀티스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템은 일정한 궤도에 따라 움직이며, 지역 관측을 위한 레이더 신호를 지표로 발사하고, 현재의 궤도 위치에 따라 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 궤도에 따른 지역 정보를 얻고, 상기 궤도에 따른 지역 정보를 제공하는 위성체, 상기 지표로부터 반사되는 레이더 신호 중, 상기 위성체의 현재 궤도 위치로 인해 상기 위성체가 수신하지 못하는 지역에서 반사되는 레이더 신호를 수신하여 해당 지역의 지역 정보를 얻고, 상기 해당 지역의 지역 정보를 제공하는 적어도 하나 이상의 항공기들에 탑재된 신호처리부 및 상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기들 각각으로부터 지역 정보를 수신하며, 각각으로부터 수신된 지역 정보 신호를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화하는 관측 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 과제를 이루기 위해, 일정한 궤도에 따라 움직이는 위성체, 적어도 하나 이상의 항공기들 및 관측 제어부를 포함하는 시스템에서 수행되는 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 방법은 상기 위성체가 지역 관측을 위한 레이더 신호를 지표로 발사하고, 현재의 궤도 위치에 따라 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 궤도에 따른 지역 정보를 얻는 (a)단계, 상기 관측 제어부는 상기 위성체로부터 제공되는 지역 정보를 이용하여 SAR 영상화 처리하는 (b)단계, 상기 위성체의 관측 범위이나 상기 위성체가 상기 반사되는 레이더 신호를 수신할 수 없는 다른 궤도 위치에서 이벤트가 발생하여 해당 지역에 대한 지역 정보가 필요하면, 상기 적어도 하나 이상의 항공기가 해당 지역의 정보를 수집할 것을 요청하는 (c)단계, 상기 해당 지역에 대한 정보 수집이 요청된 적어도 하나 이상의 항공기는 상기 해당 지역의 상공을 비행하며 상기 해당 지역으로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 지역 정보를 수집하는 (d)단계 및 상기 관측 제어부는 상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기 각각으로부터 제공되는 지역 정보를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화하는 (e)단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템을 개략적으로 나타내는 도면으로, 위성체(100), 관측 제어부(110) 및 적어도 하나 이상의 항공기들(120a, 120b, 120c)을 포함하여 구성된다.
도 1을 참조하여, 위성체(100)는 일정한 궤도에 따라 움직이면서 관측 제어부(110)의 제어에 따라 운용된다. 위성체(100)는 지역 관측을 위한 레이더 신호를 발생하는 신호 송신부와 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하는 신호 수신부를 탑재하고 있다. 위성체(100)는 일정한 궤도에 따라 움직이므로 궤도에 따른 지역에서 반사되는 레이더 신호를 수신함으로써, 궤도에 따른 지역 정보를 얻을 수 있다. 위성체(100)는 수신된 레이더 신호를 소정의 과정을 통해 디지털 신호로 변환한 후, 관측 제어부(110)로 송신한다.
항공기들(120a, 120b, 120c)은 반사되는 레이더 신호를 수신하는 수신 신호부만을 탑재하며, 수신된 레이더 신호를 소정의 과정을 통해 디지털 신호로 변환한 후, 관측 제어부(110)로 송신한다. 구체적으로, 항공기들(120a, 120b, 120c)은 위성체(100)가 관측 가능한 지역이기는 하나 위성체(100)가 궤도에 따라 움직임에 따라 현재 관측하지 못하는 지역 즉, 위성체(100)가 반사되는 레이더 신호를 수신하지 못하는 지역의 상공에서 반사되는 레이더 신호를 수신하여 해당 지역에 대한 지역 정보를 얻는다. 항공기들(120a, 120b, 120c)에서의 신호 처리를 위해 신호처리부가 각 항공기에 탑재된다. 한편, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 3개의 항공기들(120a, 120b, 120c)을 도시하였으나, 항공기의 개수는 위성체(100)의 관측 범위 내에서 지역 정보를 얻고자 하는 지역의 범위에 따라 가감될 수 있다.
관측 제어부(110)는 위성체(100)의 운용을 제어하며, 위성체(100) 및 항공기들(120a, 120b, 120c)로부터 지역 정보를 수신하며, 각각으로부터 수신된 지역 정보 신호를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화한다. 관측 제어부(110)는 사용자의 목적에 따라 다양한 영상 처리를 추가적으로 수행할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 수행되는 멀티 스태틱 레이더 관측 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
이제, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템의 동작을 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 관측 제어부(110)는 기본적으로 위성체(100)로부터 현재 궤도에 대한 지역정보를 수신하여 해당 지역에 대한 SAR 영상을 제공한다. 그러다, 위성체(100)의 관측 범위이나 현재 궤도 위치가 아닌 다른 궤도 위치에서 이벤트가 발생하여 해당 지역에 대한 지역 정보가 필요하면(제200단계), 항공기(120a, 120b 또는 120c)로 해당 지역에 대한 지역 정보 수집을 요청하여 해당 지역에 대한 지역 정보를 제공받는다(제210단계). 구체적으로, 관측 제어부(110)는 관측 제어부(110)가 항공기(120a, 120b 또는 120c)로 해당 지역에 대한 지역 정보 수집을 요청하면, 항공기(120a, 120b 또는 120c)는 해당 지역 상공을 비행하며 반사되는 레이더 신호를 수신하여 해당 지역에 대한 지역 정보를 수집하며, 수집된 지역 정보를 디지털 신호로 변환하여 관측 제어부로 제공한다. 관측 제어부(110)는 항공기(120a, 120b 또는 120c)로부터 제공되는 해당 지역의 지역 정보와 위성체(100)로부터 수신한 궤도 지역 정보를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화한다. 한편, 위성체(100)의 현재 궤도 지역 이외에서 특별한 이벤트가 발생하지 않는다면 관측 제어부(110)는 위성체(100)로부터 제공되는 지역 정보만을 수신하여 SAR 영상화 한다(제220단계). 관측 제어부(110)는 지역 정보 수신을 종료할 때 까지 제200단계~제220단계를 반복적적으로 수행한다(제230단계).
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 하나의 위성체와 적어도 하나 이상의 항공기를 이용하여 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템을 구축함으로써, 여러개의 위성체를 이용하는 시스템이 비경제적이라는 단점과 여러개의 항공기를 이용하는 시스템이 고도 문제로 인해 한꺼번에 관측할 수 있는 지역이 협소하다는 단점을 모두 극복할 수 있다. 또한, 항공기에는 반사되는 레이더 신호를 수신하기 위한 신호 수신부만을 탑재하므로, 경제적으로 개개의 항공기를 운용할 수 있으며, 필요에 따라 여러 대의 항공기를 동시에 이용함에 따라 빠른 시간동안 넓은 지역의 정보를 얻을 수 있다. 이는 시간의 신속성을 필요로 하는 응용 분야에 매우 효과적으로 이용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템은 보다 저렴한 비용으로 위성체의 현재 궤도 위치에 관계없이 필요에 따라 위성체의 관측 범위이내의 지역에 대한 정보를 모두 얻을 수 있게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템에서 지표로부터 반사된 레이더 신호가 SAR 영상으로 처리되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하여, 위성체(100) 및 항공기들(120a, 120b, 120c) 각각은 신호 수신부의 안테나를 통해 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여(제300단계) 이를 증폭 및 복조한다(제310단계). 위성체(100) 및 항공기들(120a, 120b, 120c) 각각은 증폭 및 복조된 신호를 디지털 신호로 변환하여 관측 제어부(110)로 전송한다(제320단계). 관측 제어부(110)는 위성체(100) 및 항공기들(120a, 120b, 120c) 각각으로부터 전송되는 디지털 신호들을 하나의 신호로 합성하고(제330단계), 합성된 신호를 포커싱 등을 통한 SAR 영상화를 하며 사용자의 목적에 따라 소정의 영상 처리를 한다(제340단계).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한 다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플라피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템 및 그 방법은 보다 저렴한 비용으로 위성체의 궤도에 제한받지 않고 필요에 따라 위성체의 관측 범위이내의 지역에 대한 정보를 모두 얻을 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 일정한 궤도에 따라 움직이며, 지역 관측을 위한 레이더 신호를 지표로 발사하고 현재의 궤도 위치에 따라 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 현재의 궤도 위치에 따른 지역 정보를 획득하고, 상기 획득된 지역 정보를 제공하는 위성체;
    상기 지표로부터 반사되는 레이더 신호 중 상기 위성체의 현재 궤도 위치로 인하여 상기 위성체가 수신하지 못하는 지역에서 반사되는 레이더 신호를 수신하여 해당 지역의 지역 정보를 획득하고, 상기 획득된 해당 지역의 지역 정보를 제공하는 적어도 하나 이상의 항공기들에 탑재된 신호처리부; 및
    상기 위성체의 운용을 제어하며, 상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기들의 신호처리부 각각으로부터 수신된 지역 정보 신호를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화하는 관측 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기들의 신호처리부 각각에서 제공되는 지역 정보는 상기 반사되는 레이더 신호를 증폭 및 복조하여 디지털 신호로 변환된 신호인 것을 특징으로 하는 멀티 스태틱 레이더 관측 시스템.
  3. 일정한 궤도에 따라 움직이는 위성체, 적어도 하나 이상의 항공기들 및 관측 제어부를 포함하는 시스템에서 수행되는 멀티 스태틱 레이더 관측 방법에 있어서,
    (a) 상기 위성체가 지역 관측을 위한 레이더 신호를 지표로 발사하고, 현재의 궤도 위치에 따라 지표로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 상기 위성체의 현재의 궤도에 따른 지역 정보를 획득하는 단계;
    (b) 상기 관측 제어부는 상기 위성체로부터 지역 정보를 제공받으며, 제공된 지역 정보를 SAR 영상화 처리하는 단계;
    (c) 상기 위성체의 관측 범위이나 상기 위성체가 상기 반사되는 레이더 신호를 수신할 수 없는 다른 궤도 위치에서 이벤트가 발생하여 해당 지역에 대한 지역 정보가 필요하면, 상기 적어도 하나 이상의 항공기가 해당 지역의 정보를 수집할 것을 요청하는 단계;
    (d) 상기 해당 지역에 대한 정보 수집이 요청된 적어도 하나 이상의 항공기는 상기 해당 지역의 상공을 비행하며 상기 해당 지역으로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하여 상기 해당 지역의 지역 정보를 수집하는 단계; 및
    (e) 상기 관측 제어부는 상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기 각각으로부터 제공되는 지역 정보를 하나의 신호로 합성하여 SAR 영상화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스태틱 레이더 관측 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위성체 및 상기 적어도 하나 이상의 항공기들 각각으로부터 제공되는 지역 정보는 상기 반사되는 레이더 신호를 증폭 및 복조하여 디지털 신호로 변환된 신호인 것을 특징으로 하는 멀티 스태틱 레이더 관측 방법.
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