KR100991348B1 - Method for motion compensation of stepped-frequency radar images using PSO - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 표적 측으로 송신된 후 상기 표적으로부터 반사된 스텝주파수 레이더 신호를 수신하여 레이더 영상을 취득하되, 상기 표적의 요동에 따른 위상 오차를 보정하기 위하여, 상기 레이더 영상의 엔트로피를 비용함수로 설정하고, 상기 비용함수를 최소화하기 위한 기법으로서 PSO(Particle Swarm Optimization) 기법을 적용하여, 요동이 보상된 레이더 영상을 최종 취득하는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법을 제공한다.The present invention obtains a radar image by receiving a step frequency radar signal reflected from the target after being transmitted to a target side, and sets the entropy of the radar image as a cost function to correct a phase error due to the fluctuation of the target. In addition, the present invention provides a method for compensating for shaking a step frequency radar image using PSO by applying Particle Swarm Optimization (PSO) as a technique for minimizing the cost function.

개시된 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법에 따르면, 취득된 스텝주파수 레이더 영상에 대하여 PSO 기법을 적용하여 표적의 이동에 의한 요동 보상을 수행함에 따라, 위상 오차가 제거된 고품질의 레이더 영상을 취득할 수 있는 이점이 있다. 또한, 하나가 아닌 복수 개의 PSO들이 서로 협력하여 최적의 해를 탐색하는 방식인 PSOI(Particle Swarm Optimization with an Island model) 기법을 적용하는 경우, 요동 보상의 성능을 더욱 향상시킬 수 있어, 보다 뚜렷하고 선명한 레이더 영상을 얻을 수 있다.According to the fluctuation compensation method of the disclosed step frequency radar image, a high quality radar image from which a phase error is removed can be obtained by applying a PSO method to the acquired step frequency radar image to compensate for the fluctuation caused by the movement of a target. There is an advantage to that. In addition, when the PSOI (Particle Swarm Optimization with an Island model) technique, in which a plurality of PSOs cooperate with each other and search for an optimal solution, can improve the performance of the shaking compensation more clearly, Radar images can be obtained.

Description

PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법{Method for motion compensation of stepped-frequency radar images using PSO}Method for motion compensation of stepped-frequency radar images using PSO}

본 발명은 PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스텝주파수 레이더 영상에서 표적의 이동에 따른 위상 오차를 보정하여 보다 뚜렷한 레이더 영상을 얻기 위한, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fluctuation compensation method of a step frequency radar image using a PSO, and more particularly, to obtain a more clear radar image by correcting a phase error according to the movement of a target in a step frequency radar image. The present invention relates to a method for compensating for shaking of radar images.

표적에 대하여 취득하는 레이더 영상이란, 전자파가 표적에 입사하였을 때 반사되는 물리적인 현상을 1차원 또는 2차원 공간 상에 표현한 것이다. 1차원 레이더 영상으로는, range profile(거리 측면도), HRR profile(High Resolution Range profile;고해상도 거리 측면도) 등이 있고, 2차원 레이더 영상으로는 SAR(Synthetic Aperture Radar;합성 개구 레이더) 영상, ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar;역합성 개구 레이더) 영상 등이 있다.The radar image acquired with respect to a target expresses the physical phenomenon reflected when an electromagnetic wave enters a target in 1-dimensional or 2-dimensional space. One-dimensional radar images include a range profile and a high resolution range profile. A two-dimensional radar image includes a SAR (Synthetic Aperture Radar) image and an ISAR ( Inverse Synthetic Aperture Radar images.

이러한 레이더 영상의 취득은, 레이더 영상으로부터 표적을 식별하는 방법인 NCTR(non-cooperative target recognition;비동조 표적 인식) 또는 ATR(automatic target recognition;자동 표적 인식)의 수행을 위해서 필요한 가장 중요한 과정이 다. 다시 말해서, NCTR 또는 ATR 수행하기 위해서는 고해상도 및 고품질의 레이더 영상의 획득이 무엇보다도 중요하다.Acquisition of such radar images is the most important process required for performing non-cooperative target recognition (NCTR) or automatic target recognition (ATR), which is a method of identifying targets from radar images. . In other words, in order to perform NCTR or ATR, acquisition of a high resolution and high quality radar image is most important.

그러나, 전술적으로 중요한 표적인 항공기, 탱크, 장갑차 등은 이동 가능한 표적이므로, 표적이 이동 중에 레이더 영상을 만들면 영상이 흐려지게 된다. 즉, 표적이 이동하면 표적으로부터 수신된 레이더 신호에는 표적의 이동에 의한 위상 오차가 포함되어서 상기 레이더 영상이 흐려지게 된다. 이러한 현상은, 표적의 이동에 의한 도플러(Doppler) 효과에 의해 발생하는 위상 오차에 의하여 레이더 영상이 영향을 받기 때문이다.However, the tactically important target aircraft, tanks, armored vehicles, etc. are movable targets, so if the target makes a radar image while moving, the image is blurred. That is, when the target moves, the radar signal received from the target includes a phase error due to the movement of the target, thereby blurring the radar image. This phenomenon is because the radar image is affected by the phase error caused by the Doppler effect due to the movement of the target.

레이더 영상으로부터 이러한 위상 오차를 제거하여 고품질의 레이더 영상을 얻기 위한 방법은 요동 보상(Motion Compensation) 또는 자동 초점(Autofocus) 기법이라 한다. 표적의 움직임에 의한 위상 오차를 제거하지 않으면 레이더 영상이 흐려지게 되고, 이렇게 흐려진 영상을 사용하여 NCTR 또는 ATR을 수행하게 되면 원하는 성능을 얻을 수 없다.The method for removing the phase error from the radar image to obtain a high quality radar image is called motion compensation or autofocus technique. If the phase error caused by the movement of the target is not removed, the radar image is blurred. If the NCTR or ATR is performed using the blurred image, the desired performance cannot be obtained.

본 발명은, PSO 기법을 이용하여 스텝주파수 레이더 영상의 요동을 보상함으로써 위상 오차가 제거된 고품질의 레이더 영상을 취득할 수 있는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for compensating fluctuation of a step frequency radar image using PSO, which can obtain a high quality radar image from which phase error is eliminated by compensating the fluctuation of a step frequency radar image using a PSO technique. .

본 발명은, 표적 측으로 송신된 후 상기 표적으로부터 반사된 스텝주파수 레이더 신호를 수신하여 레이더 영상을 취득하되, 상기 표적의 요동에 따른 위상 오차를 보정하기 위하여, 상기 레이더 영상의 엔트로피를 비용함수로 설정하고, 상기 비용함수를 최소화하기 위한 기법으로서 PSO(Particle Swarm Optimization) 기법을 적용하여, 요동이 보상된 레이더 영상을 최종 취득하는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법을 제공한다.The present invention obtains a radar image by receiving a step frequency radar signal reflected from the target after being transmitted to a target side, and sets the entropy of the radar image as a cost function to correct a phase error due to the fluctuation of the target. In addition, the present invention provides a method for compensating for shaking a step frequency radar image using PSO by applying Particle Swarm Optimization (PSO) as a technique for minimizing the cost function.

여기서, 상기 요동 보상 방법은, 상기 비용함수의 최소화를 위한 기법으로서, 하나가 아닌 복수 개의 PSO들이 서로 협력하여 최적의 해를 탐색하는 방식인 PSOI(Particle Swarm Optimization with an Island model) 기법을 적용하여 상기 요동 보상의 수행이 가능하다.Here, the fluctuation compensation method is a technique for minimizing the cost function, by applying a Particle Swarm Optimization with an Island model (PSOI) method, which is a method in which a plurality of PSOs, rather than one, cooperate to find an optimal solution. The shaking compensation can be performed.

본 발명의 PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법에 따르면, 취득된 스텝주파수 레이더 영상에 대하여 PSO 기법을 적용하여 표적의 이동에 의한 요동 보상을 수행함에 따라 위상 오차가 제거된 고품질의 레이더 영상을 취득 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 하나가 아닌 복수 개의 PSO들이 서로 협력하여 최적의 해를 탐색하는 방식인 PSOI 기법을 적용하는 경우, 요동 보상의 성능을 더욱 향상시킬 수 있어, 보다 뚜렷하고 선명한 레이더 영상을 얻을 수 있다. According to the fluctuation compensation method of the step frequency radar image using the PSO of the present invention, a high quality radar image is obtained by removing the phase error as the fluctuation compensation by the movement of the target is performed by applying the PSO method to the acquired step frequency radar image. There is an advantage that can be obtained. In addition, when the PSOI method, which is a method in which a plurality of PSOs cooperate with each other and searches for an optimum solution, is applied, the performance of the shaking compensation can be further improved, and a clearer and clear radar image can be obtained.

도 1은 처프펄스 및 스텝주파수 레이더의 구성도이고, 도 2는 도 1의 처프펄스 및 스텝주파수 레이더의 거리측면도이다.1 is a configuration diagram of a chirp pulse and a step frequency radar, and FIG. 2 is a distance side view of the chirp pulse and step frequency radar of FIG. 1.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 처프펄스 레이더와 스텝주파수 레이더에 관하여 간략히 설명하고자 한다. ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar;역합성 개구 레이더)은 표적의 2차원 영상을 얻기 위한 기술로서, 1차원 거리측면도(Range Profile)와 함께 자동표적인식에 있어서 표적의 특성벡터로 이용된다. ISAR 영상을 얻는 방법으로는 크게 두 가지가 있는데, 처프펄스(Chirp Pulse)를 이용한 방법과 스텝주파수(Stepped-Frequency)를 이용한 방법이 있다.Prior to the detailed description of the present invention, the chirp pulse radar and the step frequency radar will be briefly described. Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) is a technique for obtaining a two-dimensional image of a target, and is used as a characteristic vector of a target in an automatic target equation with a one-dimensional distance profile. There are two ways to obtain ISAR image. There are two methods using chirp pulse and stepped frequency.

도 1의 (a)를 참조하면, 처프펄스 레이더는 일반적인 영상형성 레이더에 많이 이용되는데, 주어진 밴드폭을 가진 짧은 펄스를 송수신 한다. 수신된 신호는 기 저장된 레플리카(Replica)와 정합필터링(Matched-Filtering)된다. 처프펄스 레이더에서 펄스의 길이는 표적의 속도에 비해서 상대적으로 짧기 때문에 송신된 펄스가 표적에 반사되는 순간 표적은 정지되어 있다고 가정한다. 따라서, 도 2를 참조하면, 처프펄스 레이더를 이용하여 얻어진 거리측면도는 초점이 잘 맞추어져 있다. 하지만, 이러한 처프펄스 레이더는 종종 하드웨어가 복잡하고 비용이 비싼 단점이 있다. 참고로, 도 2의 가로축은 range bin index을 나타내고, 세로축은 신호의 크 기를 나타낸다. Referring to (a) of FIG. 1, a chirp pulse radar is widely used for a general image forming radar, and transmits and receives a short pulse having a given bandwidth. The received signal is matched-filtered with a pre-stored replica. Since the length of the pulse in the chirp pulse radar is relatively short relative to the speed of the target, it is assumed that the target is stationary as soon as the transmitted pulse is reflected at the target. Thus, referring to FIG. 2, the distance side view obtained using the chirp pulse radar is well focused. However, these chirppulse radars often have the disadvantages of complex hardware and high cost. For reference, the horizontal axis of Figure 2 represents a range bin index, the vertical axis represents the size of the signal.

도 1의 (b)를 참조하면, 스텝주파수 레이더는 하나의 주파수를 가지는 일련의 모노톤 펄스로 구성된 버스트(Burst)를 송수신한 후 역푸리에 변환(IFFT;Invers Fourier Transform)을 행하여 거리측면도를 얻는다. 스텝주파수 레이더는 하드웨어 구조가 간단하면서도 고해상도를 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만, 도 2를 참조하면, 하나의 버스트가 표적에서 반사되는 동안 버스트 내의 펄스 사이에 표적의 움직임으로 인하여 영상이 심하게 흐려지게 된다. 몇몇 연구에서 스텝주파수 ISAR 영상의 자동초점 기법에 대해서 제안을 하였으나, 이들 기법들은 하나의 버스트가 표적에서 반사되는 동안 표적의 움직임이 매우 작다는 가정 하에 수행되었다.Referring to (b) of FIG. 1, the step frequency radar transmits a burst composed of a series of monotone pulses having one frequency, and then performs an Inverse Fourier Transform (IFFT) to obtain a distance side view. Step frequency radar has the advantage of simple hardware structure and high resolution. However, referring to FIG. 2, the image is severely blurred due to the movement of the target between pulses in the burst while one burst is reflected from the target. Several studies have proposed autofocusing of step-frequency ISAR images, but these techniques are performed on the assumption that the movement of the target is very small while one burst is reflected from the target.

본 발명에서는 이상과 같은 스텝주파수 ISAR 영상 형성시에 표적의 움직임(요동)으로 인한 펄스간(Inter-Pulse) 움직임을 보상하기 위한 요동 보상 알고리즘에 관하여 상술하고자 한다. 이러한 본 발명은, 1 차원 레이더 영상인 range profile 및 HRR profile에 적용시킬 수 있으며, 2 차원 레이더 영상인 SAR 영상 및 ISAR 영상에도 적용시킬 수 있다.In the present invention, an oscillation compensation algorithm for compensating for inter-pulse movement due to the movement (oscillation) of the target in forming the step frequency ISAR image as described above will be described in detail. The present invention can be applied to a range profile and an HRR profile, which are one-dimensional radar images, and to SAR and ISAR images, which are two-dimensional radar images.

이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법에 관하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of compensating for shaking of a step frequency radar image according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3은 본 발명에 이용되는 스텝주파수 레이더 신호 모델의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법의 개략 흐름도이다. 그리고, 도 5는 도 4에 적용되는 PSO 기법의 설명도이고, 도 6은 도 5의 PSO 기법의 응용인 PSOI 기법의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a step frequency radar signal model used in the present invention, and FIG. 4 is a schematic flowchart of a fluctuation compensation method of a step frequency radar image according to an embodiment of the present invention. 5 is an explanatory diagram of a PSO technique applied to FIG. 4, and FIG. 6 is a configuration diagram of a PSOI technique that is an application of the PSO technique of FIG. 5.

먼저, 도 4를 참조하면, 특정 레이더장치(미도시)가 상기 스텝주파수 레이더 신호를 표적 측으로 송신한다. 이후, 레이더장치는, 상기 표적 측으로 송신된 후 상기 표적으로부터 반사된 스텝주파수 레이더 신호를 수신하여 레이더 영상을 취득한다(S110).First, referring to FIG. 4, a specific radar device (not shown) transmits the step frequency radar signal to a target side. Thereafter, the radar device receives the step frequency radar signal reflected from the target after being transmitted to the target side to acquire a radar image (S110).

여기서, 도 3의 신호 모델을 참조하면, 상기 ISAR 영상을 얻기 위한 스텝주파수 레이더 신호는,

Figure 112008082442956-pat00001
개의 펄스(Pulse)들로 이루어진
Figure 112008082442956-pat00002
개의 버스트(Burst)들을 포함하여 구성된다. 각 펄스의 반복주파수(PRF;Pulse Repetition Frequency)는
Figure 112008082442956-pat00003
이다. 하나의 버스트 내에서 각 주파수 성분(
Figure 112008082442956-pat00004
)은 수학식 1과 같다.Here, referring to the signal model of FIG. 3, the step frequency radar signal for obtaining the ISAR image is
Figure 112008082442956-pat00001
Of pulses
Figure 112008082442956-pat00002
It consists of three bursts (Burst). Pulse Repetition Frequency (PRF) of each pulse
Figure 112008082442956-pat00003
to be. Each frequency component within one burst
Figure 112008082442956-pat00004
) Is the same as Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112008082442956-pat00005
,
Figure 112008082442956-pat00006
Figure 112008082442956-pat00005
,
Figure 112008082442956-pat00006

여기서,

Figure 112008082442956-pat00007
는 시작 주파수,
Figure 112008082442956-pat00008
는 주파수 스텝을 나타낸다. 이 경우, 각 버스트의 총 밴드폭은
Figure 112008082442956-pat00009
가 된다. 그리고, 각 버스트 시간 동안 레이더 시선(radar line-of-sight)은 고정된 것으로 가정한다. 이때, 표적으로부터 반사되어 레이더장치로 수신된 스텝주파수 레이더 신호는 수학식 2와 같다.here,
Figure 112008082442956-pat00007
Is the starting frequency,
Figure 112008082442956-pat00008
Denotes a frequency step. In this case, the total bandwidth of each burst
Figure 112008082442956-pat00009
Becomes And, radar line-of-sight is assumed to be fixed during each burst time. In this case, the step frequency radar signal reflected from the target and received by the radar device is represented by Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112008082442956-pat00010
Figure 112008082442956-pat00010

여기서,

Figure 112008082442956-pat00011
는 산란원의 개수,
Figure 112008082442956-pat00012
Figure 112008082442956-pat00013
번째 산란원의 크기이다. 그리고,
Figure 112008082442956-pat00014
는 시간이
Figure 112008082442956-pat00015
일 때 레이더 시선방향으로 투영된
Figure 112008082442956-pat00016
번째 산란원의 거리로서, 수학식 3으로 표현된다. 물론,
Figure 112008082442956-pat00017
이다.here,
Figure 112008082442956-pat00011
Is the number of scattering circles,
Figure 112008082442956-pat00012
Is
Figure 112008082442956-pat00013
The size of the first scattering circle. And,
Figure 112008082442956-pat00014
Has time
Figure 112008082442956-pat00015
Projected in the radar line of sight
Figure 112008082442956-pat00016
The distance of the second scattering circle is expressed by Equation 3 below. sure,
Figure 112008082442956-pat00017
to be.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112008082442956-pat00018
Figure 112008082442956-pat00018

여기서,

Figure 112008082442956-pat00019
Figure 112008082442956-pat00020
번째 버스트 시작 시에
Figure 112008082442956-pat00021
번째 산란원의 초기거리이며,
Figure 112008082442956-pat00022
이며,
Figure 112008082442956-pat00023
Figure 112008082442956-pat00024
은 각각 레이더 시선방향에 대한 속도와 가속도를 나타낸다.here,
Figure 112008082442956-pat00019
silver
Figure 112008082442956-pat00020
At the start of the first burst
Figure 112008082442956-pat00021
Initial distance of the first spawning source,
Figure 112008082442956-pat00022
,
Figure 112008082442956-pat00023
and
Figure 112008082442956-pat00024
Represents the speed and acceleration with respect to the radar line of sight, respectively.

그런데, 상기 표적이 탱크, 장갑차 등의 이동 가능한 표적인 경우, 상기 취득된 레이더 영상은 표적의 이동에 따른 위상 오차로 인해 영상이 흐려진다. 즉, 표적의 이동에 따른 도플러 효과에 따라 위상 오차가 발생하고, 이로 인해 레이더 영상이 영향을 받아 그 초점이 흐려지게 되며, 결국에는 레이더 영상의 품질 저하를 초래한다. 또한, 스텝주파수 파형을 이용하는 레이더인 경우에는, 이러한 위상오차가 레이더 영상의 품질에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 이렇게 저품질 혹은 저해상의 레이더 영상으로는 NCTR 또는 ATR의 표적 인식 수행이 어렵게 된다.However, when the target is a movable target of a tank or an armored vehicle, the acquired radar image is blurred due to a phase error caused by the movement of the target. That is, a phase error occurs according to the Doppler effect due to the movement of the target, which causes the radar image to be affected and the focal point is blurred, resulting in deterioration of the radar image quality. In addition, in the case of a radar using a step frequency waveform, such a phase error greatly affects the quality of the radar image. This low quality or low resolution radar image makes it difficult to perform NCTR or ATR target recognition.

더욱이, 수학식 2를 참조하면, 펄스 사이의

Figure 112008082442956-pat00025
성분은 ISAR 영상이 흐려지게 만드는 주요 요인이 되므로, 각 버스트에서 레이더 시선방향의 속도(
Figure 112008082442956-pat00026
)와 가속도(
Figure 112008082442956-pat00027
)를 적절히 추정하여 이를 제거해야 한다. Furthermore, referring to equation (2), between pulses
Figure 112008082442956-pat00025
The component is the main factor in blurring the ISAR image, so the radar visual velocity (for each burst)
Figure 112008082442956-pat00026
) And acceleration (
Figure 112008082442956-pat00027
) Should be properly estimated and eliminated.

이를 위해, 상기 레이더장치는, 반사된 스텝주파수 레이더 신호를 수신하여 레이더 영상을 취득하되, 상기 표적의 요동에 따른 위상 오차를 보정하기 위하여, 상기 레이더 영상의 엔트로피(Entropy)를 비용함수로 설정하고, 상기 비용함수를 최소화하기 위한 기법으로서 PSO(Particle Swarm Optimization) 기법을 적용하여, 요동이 보상된 레이더 영상을 최종 취득한다(S120). To this end, the radar device receives a reflected step frequency radar signal to obtain a radar image, in order to correct the phase error according to the fluctuation of the target, to set the entropy (Entropy) of the radar image as a cost function In addition, by applying a Particle Swarm Optimization (PSO) technique as a technique for minimizing the cost function, a radar image compensated for fluctuation is finally acquired (S120).

상기 엔트로피(

Figure 112008082442956-pat00028
)는, 수학식 4로 표현 가능하다.Entropy (
Figure 112008082442956-pat00028
) Can be expressed by equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112008082442956-pat00029
Figure 112008082442956-pat00029

여기서,

Figure 112008082442956-pat00030
은, 아래 수학식 5로 정의되는 요동 보상된 레이더 신호에 대하여, 각 버스트를 IFFT하여 획득 가능한 거리측면도에 해당된다. here,
Figure 112008082442956-pat00030
Is a distance side view that can be obtained by IFFT each burst with respect to the oscillation compensated radar signal defined by Equation 5 below.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112008082442956-pat00031
Figure 112008082442956-pat00031

상기의 수학식 5는 요동 보상된 레이더 신호(

Figure 112008082442956-pat00032
)로서, 속도(
Figure 112008082442956-pat00033
)와 가속도(
Figure 112008082442956-pat00034
) 성분에 대한 추정치(
Figure 112008082442956-pat00035
,
Figure 112008082442956-pat00036
)를 포함하여 구성된다. 다시 말해서, 수학식 5는 추정된 속도와 가속도 성분이 각각
Figure 112008082442956-pat00037
Figure 112008082442956-pat00038
라고 가정한 경우, 요동 보상된 레이더 신호의 수식을 나타낸다.Equation 5 above is a shake compensated radar signal (
Figure 112008082442956-pat00032
, Speed (
Figure 112008082442956-pat00033
) And acceleration (
Figure 112008082442956-pat00034
) Estimate for the component (
Figure 112008082442956-pat00035
,
Figure 112008082442956-pat00036
It is configured to include). In other words, Equation 5 indicates that the estimated velocity and acceleration components are respectively
Figure 112008082442956-pat00037
and
Figure 112008082442956-pat00038
In this case, the equation of the oscillation compensated radar signal is shown.

요악하면, 본 발명은, 레이더 시선방향의 속도 및 가속도를 이용하여 버스트 내의 표적의 움직임을 보상하도록, 상기 수학식 4의 1차원 엔트로피 최소화 기법을 이용한다. 여기서, 상기 엔트로피는 요동 보상된 거리측면도의 초점정도를 나타내는 비용함수(cost function)로 이용된다. 엔트로피가 낮을수록 거리측면도는 더욱 더 초점이 잘 맞춰진 것으로 볼 수 있다.In summary, the present invention utilizes the one-dimensional entropy minimization technique of Equation 4 above to compensate for the movement of the target in the burst using radar line speed and acceleration. Here, the entropy is used as a cost function representing the degree of focus of the fluctuation-compensated distance side view. The lower the entropy, the more focused the distance profile is.

이상과 같이 본 발명은, 요동 보상된 레이더 영상의 취득시, 상기 레이더 신호의 각 버스트에서 시선방향의 속도와 가속도 성분을 추정하되, 상기 엔트로피에 따른 비용함수가 최소가 되도록 하는 속도(

Figure 112008082442956-pat00039
)와 가속도(
Figure 112008082442956-pat00040
) 성분을 추정하여, 상기 요동 보상된 레이더 영상을 최종 취득하게 된다. 물론, 이렇게 요동 보상된 레이더 영상을 취득한 이후에는 거리 압축 데이터(Range Compressed Data)를 얻을 수 있다(S130). 여기서, 상기 비용함수의 최소화를 위해 이용되는 PSO 기법에 관해서는 추후에 보다 상세히 설명하기로 한다.As described above, the present invention provides a method of estimating the speed and acceleration components in the visual direction in each burst of the radar signal while acquiring the oscillation-compensated radar image, but using a speed function that minimizes the cost function according to the entropy (
Figure 112008082442956-pat00039
) And acceleration (
Figure 112008082442956-pat00040
) Is estimated, and finally the oscillation compensated radar image is acquired. Of course, after the oscillation compensated radar image is acquired, range compressed data may be obtained (S130). Here, the PSO technique used to minimize the cost function will be described in more detail later.

한편, 수학식 5를 참조하면, 레이더 영상에 대해 상기 추정된 속도(

Figure 112008082442956-pat00041
) 및 가속도(
Figure 112008082442956-pat00042
)를 보상할 경우, 각 버스트 내의 산란원들은 펄스별로 동일한 위치에 있게 되어, IFFT를 수행할 경우에 초점이 맞추어진 거리측면도를 얻을 수 있다. 그러나, 수학식 5의
Figure 112008082442956-pat00043
으로 인하여 여전히 각 버스트별로 위상오차가 생기게 된다. On the other hand, referring to Equation 5, the estimated speed for the radar image (
Figure 112008082442956-pat00041
) And acceleration (
Figure 112008082442956-pat00042
), The scattering sources in each burst are in the same position for each pulse, so that a focused distance profile can be obtained when performing IFFT. However, in equation (5)
Figure 112008082442956-pat00043
Due to this, there is still a phase error for each burst.

따라서, 버스트의 IFFT를 통하여 계산된 거리측면도들은 거리 정렬(range alignment) 알고리즘을 이용하여 정렬되여야 한다. 즉, 각 버스트 내에서 표적의 요동을 적절히 보상한 이후에는, 버스트별 초기위치의 차이로 인하여 거리측면도들이 정렬되어 있지 않으므로 이를 정렬해야하고, 강제로 정렬된 버스트별 위상오차를 보상해야 한다. Therefore, the distance profiles computed through the IFFT of the bursts must be aligned using a range alignment algorithm. In other words, after properly compensating the fluctuation of the target within each burst, the distance side views are not aligned due to the difference in the initial position of each burst.

즉, 상기와 같이, 비용함수의 최소화를 이용하여 상기 요동이 보상된 레이더 영상을 획득한 이후, 레이더장치는

Figure 112008082442956-pat00044
개의 버스트별 초기위치의 차이로 인해 정렬되어 있지 않은 거리측면도를, 1차원 엔트로피 최소화를 통해 강제 정렬하는 거리 정렬(Range Alignment)을 수행한다(S140). 또한, 레이더장치는 상기 강제로 정렬된 버스트별 위상오차를, 2차원 엔트로피 최소화를 통해 보상하는 위상 보상(Phase Adjustment)을 수행한다(S150). 이렇게 하여 최종적으로 초점이 맞추어진 레이더 영상이 취득될 수 있다(S160). 도 4는 이상과 같은 스텝주파수 ISAR 영상형성 절차로서, S110 내지 S160의 과정은 상기 레이더장치에서 수행 가능하며, 각 버스트별 요동 보상을 거치지 않을 경우에 ISAR 영상은 펄스별 움직임으로 인하여 심하게 흐려질 수 있다.That is, as described above, after obtaining the radar image compensated for the fluctuation by minimizing the cost function, the radar device is
Figure 112008082442956-pat00044
The distance alignment that is not aligned due to the difference in the initial positions of the two bursts is forcedly aligned by minimizing the one-dimensional entropy (S140). In addition, the radar apparatus performs phase adjustment for compensating forcibly aligned bursts of each burst by minimizing two-dimensional entropy (S150). In this way, the radar image finally focused can be obtained (S160). 4 is a step frequency ISAR image forming procedure as described above, the processes of S110 to S160 can be performed in the radar apparatus, and if the burst compensation for each burst is not performed, the ISAR image may be severely blurred due to the pulse-by-pulse movement. .

한편, 상기 요동 보상(S120) 단계시, 상기 수학식 4를 이용하여 엔트로피 비용함수가 최소가 되도록 하는 경우, 상기 거리측면도는 비용표면(cost surface)이 많은 국부최소값(local minima)으로 구성되어 있어, 비용함수의 최소점을 찾기가 쉽지 않기 때문에, 타 기법들보다 빠른 속도를 갖는 기울기강하법(Gradient Descent Method)을 적용하여 해를 찾을 수가 없다.On the other hand, when the fluctuation compensation (S120) step, to minimize the entropy cost function using the equation (4), the distance side view is composed of a local minima having a large cost surface (cost surface) Since it is not easy to find the minimum of the cost function, we cannot find the solution by applying the gradient descent method which is faster than other methods.

따라서, 본 발명에서는, 요동 보상을 위한 기법으로서, GA(유전 알고리 즘;Genetic Algorithm), PSO 및 PSOI(Particle Swarm Optimization with an Island model)의 최적화 기법들을 적용하여, 엔트로피가 최소가 되도록 하는 속도(

Figure 112008082442956-pat00045
)와 가속도(
Figure 112008082442956-pat00046
) 성분 즉, 해를 추정하게 된다. 실제 전투상황에서의 필수요건인 계산 시간을 줄이기 위하여, 각 기법에서의 세대수를 30으로 한정한 후에 각 기법의 초점정도를 비교한 결과가 후술될 것이며, 각각의 시뮬레이션 결과 PSOI 기법이 가장 적합한 것으로 나타났다.Therefore, in the present invention, as a technique for compensating the fluctuation, by applying optimization techniques of GA (Genetic Algorithm), PSO, and Particle Swarm Optimization with an Island model (PSOI), the speed to minimize entropy (
Figure 112008082442956-pat00045
) And acceleration (
Figure 112008082442956-pat00046
) Component, or solution. In order to reduce the calculation time, which is an essential requirement in the actual combat situation, the result of comparing the focusing degree of each technique after limiting the number of generations in each technique to 30 will be described later, and each simulation result shows that the PSOI technique is most suitable. .

이하에서는 본 발명의 비용함수 최소화에 적용 가능한 각 기법들을 살펴보기로 한다. 먼저, GA는 자연선택과 진화의 개념을 이용한 최적화 기법이다. GA는 복잡하고, 다중적인(multi-modal) 최적화 문제를 푸는데 아주 효과적이다.Hereinafter, each technique applicable to minimizing the cost function of the present invention will be described. First, GA is an optimization technique using the concept of natural selection and evolution. GA is very effective at solving complex, multi-modal optimization problems.

PSO는 새의 무리나 어류 떼들의 사회적인 행동에 근거한 확률적인 최적화 기법이다. 도 5를 참조하면, 상기 PSO 기법에서 파티클(particle)이라고 불리는 초기의 랜덤해(random solution)들은, 각각의 속도벡터(

Figure 112008082442956-pat00047
Figure 112008082442956-pat00048
에 대한 벡터)를 국부최적(Partical Best;pbest) 및 전역최적(Global Best; gbest)의 방향으로 변화시켜 상기 비용함수를 최소화한다. 여기서, 단계별 각 파티클의 속도벡터
Figure 112008082442956-pat00049
를 수정하는 것은 아래 수학식 6과 같이 행해진다. 물론
Figure 112008082442956-pat00050
Figure 112008082442956-pat00051
에 대한 벡터는
Figure 112008082442956-pat00052
에 속한다.PSO is a stochastic optimization technique based on the social behavior of a flock of birds or flocks of fish. Referring to FIG. 5, the initial random solutions called particles in the PSO technique, each velocity vector (
Figure 112008082442956-pat00047
Wow
Figure 112008082442956-pat00048
The cost function can be minimized by varying the vector of < RTI ID = 0.0 >< / RTI > Where the velocity vector of each particle
Figure 112008082442956-pat00049
Is modified as in Equation 6 below. sure
Figure 112008082442956-pat00050
Wow
Figure 112008082442956-pat00051
Vector for
Figure 112008082442956-pat00052
Belongs to.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112008082442956-pat00053
Figure 112008082442956-pat00053

여기서,

Figure 112008082442956-pat00054
Figure 112008082442956-pat00055
라는 파티클이 지금까지 탐색한 것 중 최적의 해이고,
Figure 112008082442956-pat00056
는 전체 파티클이 지금까지 탐색한 것 중 발견한 최적의 해이다.
Figure 112008082442956-pat00057
는 세대번호(generation number)이고,
Figure 112008082442956-pat00058
는 0과 1 사이에 균일분포를 가지는 랜덤한 번호이다. 이와 같이,
Figure 112008082442956-pat00059
번째 속도벡터를 계산한 후 이를
Figure 112008082442956-pat00060
번째 파티클
Figure 112008082442956-pat00061
에 더함으로써,
Figure 112008082442956-pat00062
Figure 112008082442956-pat00063
Figure 112008082442956-pat00064
로 움직인다. 이러한 비용함수의 최소화를 위한 최적 파티클 업데이트 및 이동 과정은 시스템이 수렴될 때까지 수행한다. 이상 상술한 PSO는 알고리즘이 간단하고, 계산 시간이 짧은 이점이 있을 뿐만 아니라, 타 알고리즘에 비해서 성능이 뛰어나기 때문에 최적화 과정에 매우 유리하다.here,
Figure 112008082442956-pat00054
Is
Figure 112008082442956-pat00055
Is the best year we've ever explored,
Figure 112008082442956-pat00056
Is the best solution the whole particle has ever found.
Figure 112008082442956-pat00057
Is the generation number,
Figure 112008082442956-pat00058
Is a random number with a uniform distribution between 0 and 1. like this,
Figure 112008082442956-pat00059
After calculating the second velocity vector
Figure 112008082442956-pat00060
First particle
Figure 112008082442956-pat00061
By adding to
Figure 112008082442956-pat00062
To
Figure 112008082442956-pat00063
Wow
Figure 112008082442956-pat00064
Move to The optimal particle update and movement process to minimize this cost function is performed until the system converges. The above-described PSO is advantageous in the optimization process because the algorithm is simple, the calculation time is short, and the performance is superior to other algorithms.

한편, 본 발명은, 요동 보상의 성능을 더욱 향상시키기 위해, 상기 비용함수의 최소화를 위한 기법으로서, 하나가 아닌 복수 개의 PSO들이 서로 협력하여 최적의 해를 탐색하는 방식인 PSOI 기법을 적용하여 요동 보상의 수행이 가능하다. 도 6은, 그 예로서 단독의 PSO가 아닌 3개의 독립적인 PSO를 혼합하는 island model PSO(PSOI)를 적용한 것이다. 즉, 이러한 3개의 PSO를 포함한 PSOI의 경우, 매 일정 세대마다 각 PSO 내의 가장 성능이 좋지 않은 파티클 두 개를 각각 제거하고, 나머 지 두 PSO 집단으로부터 성능이 가장 좋은 파티클을 하나씩 받음으로써, 최적의 해를 찾기 위해 서로 협력하게 된다. 물론, 보다 최적의 해를 탐색하기 위하여, 더욱 많은 PSO 집단들을 이용하여 PSOI를 구성할 수 있으나, 계산시간을 줄이기 위해서 PSO 집단을 3개 혹은 일정 개수로 한정할 수 있다.On the other hand, the present invention, in order to further improve the performance of the fluctuation compensation, as a technique for minimizing the cost function, the fluctuation by applying the PSOI technique, which is a method in which a plurality of PSOs cooperate with each other to search for an optimal solution Compensation is possible. FIG. 6 illustrates an island model PSO (PSOI) that mixes three independent PSOs instead of a single PSO as an example. In other words, for a PSOI containing these three PSOs, the best performance is achieved by removing the two poorest particles in each PSO for each generation and receiving one of the best performing particles from the other two PSO populations. They work together to find a solution. Of course, to search for a more optimal solution, the PSOI may be configured using more PSO populations, but the PSO population may be limited to three or a certain number in order to reduce the computation time.

이하에서는, 엔트로피 최소화를 위한 요동 보상의 각 기법(GA, PSO, PSOI)에 대한 시뮬레이션 결과에 관하여 도 7 내지 도 13을 참조로 하여 설명하고자 한다. 이러한 결과는 스텝주파수 ISAR 영상 형성 시에 표적의 움직임으로 인한 펄스간 움직임을 보상하기 위해, GA, PSO, PSOI 기법을 각각 적용하여 그 성능을 분석한 것이다. 시뮬레이션에는 점산란원(point scatterer)으로 구성된 표적과 보잉737 항공기의 측정 데이터를 이용하였다. 시뮬레이션 결과, PSOI가 본 발명에 가장 적합하였고, 측정된 ISAR 데이터에도 효과적으로 작동하였다.Hereinafter, simulation results for each technique (GA, PSO, PSOI) of fluctuation compensation for minimizing entropy will be described with reference to FIGS. 7 to 13. These results are analyzed by applying GA, PSO, and PSOI techniques to compensate for the pulse-to-pulse movement due to the target movement during step frequency ISAR image formation. The simulation used measurement data from a Boeing 737 aircraft and a target composed of point scatterers. As a result of the simulation, PSOI was best suited for the present invention and worked effectively on the measured ISAR data.

먼저, 점산란원(point scatterer)으로 구성된 표적에 대한 결과를 설명하기로 한다. 도 7의 (a)는 사용된 표적의 기동상황으로서, 스텝주파수 레이더 신호를 송수신하는 레이더장치를 기준으로 하여 x,y평면 상에 나타내었다. 여기서,

Figure 112008082442956-pat00065
는 편의상 0으로 설정하였다. 그리고, 도 7의 (b)는 등방성(isotropic) 산란원으로 구성된 표적을 나타낸다. 편의상 표적의 모든 산란원의 크기는 2로 두었다.First, the results for a target composed of a point scatterer will be described. FIG. 7 (a) shows the maneuvering state of the target used on the x and y planes based on the radar apparatus for transmitting and receiving the step frequency radar signal. here,
Figure 112008082442956-pat00065
Is set to 0 for convenience. And (b) of FIG. 7 shows the target comprised from the isotropic scattering source. For convenience, the size of all the scattering sources of the target was left at 2.

표 1은 시뮬레이션에 사용된 레이더와 운동변수를 나타내고, 표 2는 GA, PSO 및 PSOI에 이용된 각 변수들을 나타낸다.Table 1 shows the radar and motion variables used in the simulation, and Table 2 shows the variables used for GA, PSO and PSOI.

[표 1]TABLE 1

Figure 112008082442956-pat00066
Figure 112008082442956-pat00066

[표 2]TABLE 2

Figure 112008082442956-pat00067
Figure 112008082442956-pat00067

표 2에서는, 이 표 2의 변수들을 설정하기 위하여 각 변수들을 바꾸면서 5번씩 시뮬레이션을 행한 후에 최적의 평균결과를 내는 변수들을 선택하였다. 실제 전투상황에서 가장 중요한 요소인 계산시간을 줄이기 위해서, 각 알고리즘에서의 집단크기(population size) 및 세대횟수는 30으로 한정하였다. PSOI의 경우, 3개의 PSO를 이용한 것으로서, 개별 PSO 마다 세대횟수를 10으로 분산하였다.In Table 2, to set the variables in Table 2, the variables were selected that gave the best average result after five simulations with each variable being changed. In order to reduce the computation time, which is the most important factor in the actual battle situation, the population size and generation number in each algorithm are limited to 30. In the case of PSOI, three PSOs were used, and generation counts were distributed to 10 for each PSO.

도 8은 표적의 첫 번째 거리측면도의 비용표면을 나타낸다. 앞서 상술한 바와 같이, 상기 비용표면은, 많은 국부 최소값으로 이루어짐을 알 수 있다. 각 알고리즘은 매 번 동일한 랜덤 위치에서 100번씩 수행되었고, 속도 및 가속도의 범위는 각각 100~500m/s 및 -10~70m/s2으로 설정하였다.8 shows the cost surface of the first distance side view of the target. As described above, it can be seen that the cost surface is made up of many local minimums. Each algorithm was performed 100 times at the same random position each time, and the ranges of speed and acceleration were set to 100 to 500 m / s and -10 to 70 m / s 2 , respectively.

도 9의 (a)는 각각의 알고리즘이 30번의 세대동안 첫 번째 거리측면도의 초 점을 맞추는 진화곡선(evolution curve)이고, 도 9의 (b)는 각 알고리즘을 이용하여 요동보상된 거리측면도를 나타낸다. 아래의 표 3은 각 알고리즘별로 최소 엔트로피의 평균값 및 표준편차를 나타낸다. FIG. 9 (a) shows an evolution curve in which each algorithm focuses on the first distance profile for 30 generations, and FIG. 9 (b) shows distance profile compensated using each algorithm. Indicates. Table 3 below shows the mean value and standard deviation of the minimum entropy for each algorithm.

[표 3][Table 3]

Figure 112008082442956-pat00068
Figure 112008082442956-pat00068

도 9를 참조하면, 각 알고리즘에서의 최소 엔트로피의 평균은 세대 수가 증가함에 따라서 감소한다. 표 3을 참조하면, 다른 두 기법에 비해 PSOI 기법에서의 엔트로피 평균 및 표준편차가 제일 작은 것을 알 수 있다. PSO는 GA에 비해서 정확도 면에서 더 우수하지만 표준 편차에 있어서 GA에 비해 약간 더 크다. Referring to Figure 9, the average of the minimum entropy in each algorithm decreases as the number of generations increases. Referring to Table 3, it can be seen that the entropy mean and standard deviation of the PSOI method are the smallest compared to the other two methods. PSO is better in accuracy than GA but slightly larger than GA in standard deviation.

PSO와 PSOI의 계산 시간의 경우, 각각의 전역최적 및 국부최적을 찾아야 하기 때문에, 동일한 세대를 진화하기 위해서는 GA에 비해 시간이 더 걸린다. 하지만, 상기 GA가 PSO 혹은 PSOI와 비슷한 결과를 얻기 위해서는 더 많은 세대가 필요한 단점이 있으며, 이는 계산시간의 증가를 요구하게 된다.In the case of PSO and PSOI calculations, each global and local optimal must be found, so it takes longer than GA to evolve the same generation. However, the GA has a disadvantage in that more generations are required in order to obtain a result similar to PSO or PSOI, which requires an increase in computation time.

도 10 내지 도 11은, 요동보상을 하지 않은 ISAR영상과, 각 기법을 이용하여 초점이 맞춰진 ISAR 영상들을 나타낸다. 표 4는 100번의 독립적인 시뮬레이션을 수행한 후에 얻은 영상들의 평균 2차원 엔트로피 값 및 표준편차를 나타낸다.10 to 11 show ISAR images without oscillation compensation and ISAR images focused using each technique. Table 4 shows the average two-dimensional entropy values and standard deviations of the images obtained after 100 independent simulations.

[표 4][Table 4]

Figure 112008082442956-pat00069
Figure 112008082442956-pat00069

2차원 엔트로피(

Figure 112008082442956-pat00070
)는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.2-D entropy (
Figure 112008082442956-pat00070
) May be expressed as in Equation 7.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112008082442956-pat00071
Figure 112008082442956-pat00071

이 2차원 엔트로피 표준에 따르면, 엔트로피가 최소인 영상이 가장 초점이 잘 맞춰진 영상이다. 1차원의 경우와 마찬가지로 계산 시간은 더 많이 걸렸지만 영상의 초점정도에 있어서 PSOI의 성능이 가장 우수함을 알 수 있다. 이는 ISAR 영상이 1차원 거리측면도의 확장이기 때문이다. GA가 이와 동일한 결과를 얻기 위해서는 더 많은 세대로 진화가 필요하며, 이는 계산시간의 증가로 이어진다. 이상과 같이, 점산란원을 이용한 시뮬레이션 결과에 따르면, PSOI의 성능이 가장 좋음을 알 수 있었다. According to this two-dimensional entropy standard, the image with the least entropy is the most focused image. As in the case of the 1-dimensional case, the calculation time was longer, but the performance of PSOI is the best in the focusing degree of the image. This is because ISAR image is an extension of one-dimensional distance profile. In order for GA to achieve this same result, it needs to evolve over more generations, leading to an increase in computation time. As described above, according to the simulation results using the scattering source, the performance of the PSOI was found to be the best.

다음은, 실제 측정된 ISAR 데이터를 이용한 시뮬레이션 결과를 설명하기로 한다. 이를 위해, 실제 비행하는 보잉737 항공기로부터 측정된 ISAR 데이터를 이용하여 PSOI의 성능을 증명한다. 측정된 데이터는 처프신호를 이용하여 얻어졌다. 처프신호 내의 밴드폭은 100MHz이므로, 이에 대응하는 거리방향 해상도는 1.5m가 된다. 앞서 시뮬레이션한 스텝주파수 데이터로 변환하기 위하여, 거리측면도의 복소 값들을 푸리에 변환한 이후, 각 주파수 영역의 데이터에

Figure 112008082442956-pat00072
Figure 112008082442956-pat00073
을 다음의 수학식 8에 대입하였다.Next, a simulation result using actual measured ISAR data will be described. To this end, the performance of the PSOI is demonstrated using ISAR data measured from a real Boeing 737 aircraft. The measured data was obtained using the chirp signal. Since the bandwidth in the chirp signal is 100 MHz, the corresponding distance resolution is 1.5 m. In order to convert the step frequency data simulated earlier, Fourier transform of complex values of the distance profile is applied to the data of each frequency domain.
Figure 112008082442956-pat00072
Wow
Figure 112008082442956-pat00073
Was substituted into Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112008082442956-pat00074
Figure 112008082442956-pat00074

여기서,

Figure 112008082442956-pat00075
은 거리측면도의
Figure 112008082442956-pat00076
번째 주파수 영역 데이터를 나타내며,
Figure 112008082442956-pat00077
은 이
Figure 112008082442956-pat00078
에 요동 성분이 추가된 것이다. 모든 다른 변수들은 수학식 2,3과 동일하다.here,
Figure 112008082442956-pat00075
Is the distance
Figure 112008082442956-pat00076
The second frequency domain data,
Figure 112008082442956-pat00077
Is this
Figure 112008082442956-pat00078
The rocking component is added to the. All other variables are the same as in Equations 2 and 3.

도 12의 (a)는 처프신호를 이용하여 얻어진 원래의 ISAR 영상을 나타내며, 도 12의 (b)와 도 13은 스텝주파수에서 요동보상을 수행하기 전과 후의 영상을 나타낸다. 도 12(a)와 도 13을 각각 비교하여 볼 때, 상기 PSOI 기법은 실제 측정데이터에서도 아주 효과적으로 요동 보상을 수행함을 알 수 있다.12 (a) shows an original ISAR image obtained by using a chirp signal, and FIGS. 12 (b) and 13 show images before and after performing rock compensation at a step frequency. 12 (a) and 13, it can be seen that the PSOI technique performs oscillation compensation very effectively even in actual measurement data.

이상과 같이, 본 발명에서는 스텝주파수 ISAR 영상 형성 시 버스트 내의 펄스 사이에 표적의 이동으로 인한 위상오차를 보상하기 위한 알고리즘을 제안하였고, 점산란원으로 구성된 표적 및 실제 측정 데이터를 이용하여 제안된 알고리즘의 효율성을 각각 확인할 수 있었다. 아울러, 펄스별 위상오차를 보상하지 않을 경우, 레이더 영상이 심하게 흐려짐도 확인할 수 있었다. 제안된 기법에 사용된 최적화 알고리즘의 경우 PSOI가 초점정도에서도 가장 나은 결과를 보임을 알 수 있었다.As described above, the present invention proposes an algorithm for compensating the phase error due to the movement of the target between pulses in the burst when forming the step frequency ISAR image, and the proposed algorithm using the target and the actual measurement data composed of scattering sources. The efficiency of each could be confirmed. In addition, when the phase error for each pulse is not compensated for, the radar image was also heavily blurred. In the case of the optimization algorithm used in the proposed method, the PSOI shows the best results in terms of focus.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary and will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 처프펄스 및 스텝주파수 레이더의 구성도,1 is a configuration diagram of a chirp pulse and step frequency radar,

도 2는 도 1의 처프펄스 및 스텝주파수 레이더의 거리측면도,2 is a distance side view of the chirp pulse and step frequency radar of FIG.

도 3은 본 발명에 이용되는 스텝주파수 레이더 신호 모델의 구성도,3 is a configuration diagram of a step frequency radar signal model used in the present invention;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법의 개략 흐름도,4 is a schematic flowchart of a fluctuation compensation method of a step frequency radar image using a PSO according to an embodiment of the present invention;

도 5는 도 4에 적용되는 PSO 기법의 설명도,5 is an explanatory diagram of a PSO technique applied to FIG. 4;

도 6은 도 5의 PSO 기법의 응용인 PSOI 기법의 구성도,6 is a configuration diagram of a PSOI technique that is an application of the PSO technique of FIG.

도 7은 ISAR 영상 형성을 위한 표적의 기동상황 및 사용된 표적의 예시도,7 is an illustration of the target situation and target used for ISAR imaging;

도 8은 도 7에 따른 첫번째 거리측면도의 비용표면,8 is a cost surface of the first distance side view according to FIG.

도 9는 도 7에 따른 첫번째 거리측면도의 초점을 맞추는 진화곡선(GA) 및 각 알고리즘을 이용하여 요동보상된 거리측면도,FIG. 9 is a distance side view oscillated using an evolutionary curve GA focusing on the first distance side view according to FIG. 7 and each algorithm; FIG.

도 10 내지 도 11은 요동보상을 하지 않은 경우의 영상과, 각 기법을 통해 요동 보상한 후의 ISAR 영상들,10 to 11 are images when the oscillation compensation is not performed, ISAR images after the oscillation compensation through each technique,

도 12 내지 도 13은 측정된 데이터를 이용한 요동보상 전 후의 영상 비교이다.12 to 13 are comparisons of images before and after shaking compensation using measured data.

Claims (6)

표적 측으로 송신된 후 상기 표적으로부터 반사된 스텝주파수 레이더 신호를 수신하여 레이더 영상을 취득하되, After receiving the step frequency radar signal reflected from the target transmitted to the target side to obtain a radar image, 상기 표적의 요동에 따른 위상 오차를 보정하기 위하여, 상기 레이더 영상의 엔트로피를 비용함수로 설정하고, 상기 비용함수를 최소화하기 위한 기법으로서 PSO(Particle Swarm Optimization) 기법을 적용하여, 요동이 보상된 레이더 영상을 최종 취득하는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법.In order to correct the phase error according to the fluctuation of the target, the radar is compensated for the fluctuation by applying the particle swarm optimization (PSO) technique as a technique for setting the entropy of the radar image as a cost function and minimizing the cost function. A fluctuation compensation method of a step frequency radar image using PSO for finally obtaining an image. 청구항 1에 있어서, 상기 스텝주파수 레이더 신호는, The method according to claim 1, wherein the step frequency radar signal,
Figure 112008082442956-pat00079
개의 펄스들로 이루어진
Figure 112008082442956-pat00080
개의 버스트들을 포함하여 구성된, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법.
Figure 112008082442956-pat00079
Of pulses
Figure 112008082442956-pat00080
A method for compensating for shaking of a step frequency radar image using PSO, comprising 4 bursts.
청구항 2에 있어서, 상기 요동 보상된 레이더 영상의 취득시,The method according to claim 2, wherein upon acquisition of the oscillation compensated radar image, 상기 레이더 신호의 각 버스트에서 시선방향의 속도와 가속도 성분을 추정하되, 상기 비용함수가 최소가 되도록 하는 상기 속도와 가속도 성분을 추정하여, 상기 요동 보상된 레이더 영상을 최종 취득하는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법.Estimating the velocity and acceleration components in the visual direction in each burst of the radar signal, but estimating the velocity and acceleration components to minimize the cost function and finally obtaining the oscillation compensated radar image. Fluctuation compensation method of frequency radar image. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 엔트로피(
Figure 112008082442956-pat00081
)는,
The method according to claim 2 or 3, wherein the entropy (
Figure 112008082442956-pat00081
),
Figure 112008082442956-pat00082
로 정의되고, 상기
Figure 112008082442956-pat00083
은 요동 보상된 각 버스트를 IFFT하여 얻어지는 거리측면도에 해당되는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법.
Figure 112008082442956-pat00082
Defined as above
Figure 112008082442956-pat00083
Is a distance side view obtained by IFFT each fluctuation-compensated burst, the fluctuation compensation method of a step frequency radar image using PSO.
청구항 2에 있어서, 상기 비용함수의 최소화를 이용하여 상기 요동 보상된 레이더 영상을 취득한 이후, The method according to claim 2, wherein after obtaining the oscillation compensated radar image using the minimization of the cost function, 상기
Figure 112008082442956-pat00084
개의 버스트별 초기위치의 차이로 인해 정렬되어 있지 않은 거리측면도를 강제 정렬하는 거리 정렬(Range Alignment)을 수행하고, 상기 강제로 정렬된 버스트별 위상오차를 보상하는 위상 보상(Phase Adjustment)을 수행하는, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법.
remind
Figure 112008082442956-pat00084
Performing a distance alignment to force-align the distance side views which are not aligned due to the difference of initial positions for each burst, and performing phase adjustment to compensate the phase error for each forced burst. Fluctuation compensation method of step frequency radar image using PSO.
청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 비용함수의 최소화를 위한 기법으로서, 하나가 아닌 복수 개의 PSO들이 서로 협력하여 최적의 해를 탐색하는 방식인 PSOI(Particle Swarm Optimization with an Island model) 기법을 적용하여 상기 요동 보상의 수행이 가능한, PSO를 이용한 스텝주파수 레이더 영상의 요동 보상 방법.As a technique for minimizing the cost function, the fluctuation compensation can be performed by applying a Particle Swarm Optimization with an Island model (PSOI) technique, in which a plurality of PSOs cooperate with each other to search for an optimal solution. Fluctuation compensation method of step frequency radar image using PSO.
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