KR101016845B1 - Method of generating inverse synthetic aperture radar image for multiple targets flying in formation and apparatus thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편대 비행 중인 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 표적으로부터 산란되어 반사되는 반사파를 수신하는 단계, 반사파로부터 추출된 거리측면도로부터 표적의 비행 궤적을 생성하는 단계, 비행 궤적으로부터 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀을 선택하여 새로운 비행 궤적을 추출하는 단계, 추출된 비행 궤적을 다항식으로 모델링하고, 다항식에 따른 추정 궤적이 상기 추출된 비행 궤적에 근접하도록 다항식에 포함되는 파라미터를 조절하여 거리 정렬하는 단계, 거리 정렬된 거리측면도의 위상 오차를 보상하고, 거리측면도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 편대 비행하는 다수 표적의 비행 궤적을 다항식으로 모델링을 함으로써, 다수의 표적에 대하여 정확하고 신속하게 거리 정렬을 수행하여 더욱 선명하고 고품질을 가지는 ISAR 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라 전장에서 군사용 목적으로도 다양한 활용이 가능할 것으로 보인다. The present invention relates to a method and apparatus for generating a reverse synthetic aperture radar image for a flight in flight. According to the present invention, the method includes receiving a reflected wave scattered and reflected from a target, generating a flight trajectory of the target from a distance side view extracted from the reflected wave, selecting a pixel whose magnitude of the pixel value is larger than the reference value from the flight trajectory Extracting a flight trajectory, modeling the extracted flight trajectory as a polynomial, and aligning distance by adjusting a parameter included in the polynomial such that the estimated trajectory according to the polynomial approaches the extracted flight trajectory, the distance-aligned distance profile Compensating for the phase error and generating a reverse synthetic aperture radar image using the distance profile. According to the present invention, by modeling flight trajectories of a plurality of targets flying in flight polynomial, ISAR image can be obtained more accurately and quickly by performing distance alignment with respect to a plurality of targets accurately and quickly. As a result, it is expected to be used in various ways for military purposes on the battlefield.

ISAR, 레이더, 거리측면도, 거리성분, PSO, 산란원, 편대 비행 ISAR, radar, distance profile, distance component, PSO, scattering circle, formation flight

Description

편대 비행 중인 다수의 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법 및 장치{METHOD OF GENERATING INVERSE SYNTHETIC APERTURE RADAR IMAGE FOR MULTIPLE TARGETS FLYING IN FORMATION AND APPARATUS THEREOF}TECHNICAL OF GENERATING INVERSE SYNTHETIC APERTURE RADAR IMAGE FOR MULTIPLE TARGETS FLYING IN FORMATION AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 표적들로 이루어진 편대 비행 표적에 새로운 거리 정렬 방법을 적용한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for generating a reverse synthetic aperture radar image, and more particularly, to a method for generating a reverse synthetic aperture radar image to which a new distance alignment method is applied to a flight flight target composed of a plurality of targets. Relates to a device.

최근들어 이동하는 표적의 2차원 고해상도 영상을 획득하는 역합성 개구면 레이더(Inverse synthetic aperture radar, 이하 "ISAR"라고 함) 영상 시스템에 대한 기술이 널리 사용되고 있다. ISAR 영상의 거리방향(down-range) 해상도는 레이더 신호의 대역폭(bandwidth)에 의해서 결정되며, 수직방향(cross-range) 해상도는 표적과 레이더의 상대적인 회전운동에 의해서 결정된다. 이러한 ISAR 영상의 2차원적인 특성으로 인하여, 많은 군사적인 목적으로 적용되고 있다.Recently, a technology for an inverse synthetic aperture radar (hereinafter referred to as "ISAR") imaging system for obtaining a two-dimensional high resolution image of a moving target has been widely used. The down-range resolution of the ISAR image is determined by the bandwidth of the radar signal, and the cross-range resolution is determined by the relative rotational movement of the target and the radar. Due to the two-dimensional nature of these ISAR images, they are applied for many military purposes.

레이더 영상을 이용하여 먼 거리에 있는 표적을 식별할 수 있으며, 이와 같은 기술을 NCTR(non-cooperative target recognition) 또는 ATR(automatic target recognition)이라 한다. 이러한 NCTR 또는 ATR을 위해서는 고해상도의 ISAR 영상을 획득하여야 하지만, 표적이 이동하면 이로 인한 위상 오차가 발생하여 레이더 영상이 흐려지는 문제점이 발생한다. ISAR 영상을 획득하기 위하여 주로 사용되는 방법은 Range-Doppler 알고리즘이며, Range-Doppler 알고리즘에서 가장 중요한 단계는 처프(chirp) 레이더 시스템의 경우 펄스 사이, 스텝 주파수(stepped-frequency) 레이더 시스템의 경우 burst 사이에 발생하는 병진운동(translational motion)에 대한 보상이다. Radar images can be used to identify targets over long distances and such techniques are called non-cooperative target recognition (NCTR) or automatic target recognition (ATR). For this NCTR or ATR, a high resolution ISAR image must be obtained, but when the target moves, a phase error occurs due to the blurring of the radar image. The most commonly used method for obtaining ISAR images is the Range-Doppler algorithm. The most important steps in the Range-Doppler algorithm are between pulses for chirp radar systems and bursts for stepped-frequency radar systems. This is a reward for the translational motion that occurs in.

표적이 되는 물체의 요동은 일반적으로 병진 운동(translation motion)과 회전 운동(rotational motion)으로 구성되어 있으며, 특히 병진운동에 대한 보상이 적절하지 않을 경우, 동일한 산란원(scatterer)들이 거리측면도(range profile) 상에서 상이한 위치에 놓이게 되어서 ISAR 영상이 심하게 흐려진다. The fluctuation of the target object generally consists of translational and rotational motions, especially when the compensation for the translational motion is inadequate, the same scatterers range. in different positions on the profile, which causes the ISAR image to become very blurred.

병진운동에 대한 보상은 크게 거리 정렬(range alignment)과 위상 조정(phase adjustment)의 2단계로 나뉜다. 거리 정렬은 동일한 산란원으로부터 반사된 신호들이 다른 거리측면도에서 동일한 위치에 위치하도록 정렬하는 것이며, 위상 조정은 강제로 거리 정렬을 수행함으로 인한 위상오차를 보상하는 방법이다. Compensation for translational motion is largely divided into two stages: range alignment and phase adjustment. The distance alignment is to align the signals reflected from the same scattering source to be located at the same position in different distance side views, and the phase adjustment is a method of compensating the phase error due to the forced distance alignment.

종래 기술에 따른 거리 정렬 알고리즘의 경우, 레이더 빔(beam) 내에 하나의 표적만이 존재한다고 가정하였다. 그러나 실제 전장 상황에서는 다수의 표적이 같은 방향과 속도로 이동하는 편대 비행이 대부분이므로, 종래 기술을 적용하는 경우 레이더 빔 내에는 다수의 표적이 포착됨으로써 수신 신호에 다수 표적에 의한 반사파가 동시에 존재하게 된다. 이 때, 다수의 표적에 의한 산란파가 서로 보강간 섭(constructive interference) 또는 상쇄간섭(destructive interference)을 발생시키므로 거리 정렬의 정확도가 저하되거나 거리 정렬 계산 시간이 크게 증가하는 문제점이 발생한다.In the case of the distance alignment algorithm according to the prior art, it is assumed that only one target exists in the radar beam. However, in the actual battlefield situation, most flight formations in which a plurality of targets move in the same direction and speed, and according to the prior art, multiple targets are captured in the radar beam so that reflected waves by multiple targets exist simultaneously in the received signal. do. In this case, since scattering waves caused by a plurality of targets generate constructive interference or destructive interference with each other, the accuracy of distance alignment is reduced or the distance alignment calculation time is greatly increased.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 편대 비행 중인 다수의 표적들에 적합한 거리 정렬 방법이 적용된 ISAR 영상을 생성하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method and apparatus for generating an ISAR image to which a distance alignment method suitable for a plurality of targets in flight.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 표적의 비행 궤적이 길어지더라도 신속하고 정확하게 표적들에 대해 거리 정렬을 할 수 있는 ISAR 영상을 생성하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a method and apparatus for generating an ISAR image capable of aligning distances to targets quickly and accurately even when the target has a long flight trajectory.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 편대 비행 중인 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법에 있어서, 상기 표적으로부터 산란되어 반사되는 반사파를 수신하는 단계, 상기 반사파로부터 추출된 거리측면도로부터 상기 표적의 비행 궤적을 생성하는 단계, 상기 비행 궤적으로부터 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀을 선택하여 새로운 비행 궤적을 추출하는 단계, 상기 추출된 비행 궤적을 다항식으로 모델링하고, 상기 다항식에 따른 추정 궤적이 상기 추출된 비행 궤적에 근접하도록 상기 다항식에 포함되는 파라미터를 조절하여 거리 정렬하는 단계, 그리고 거리 정렬된 상기 거리측면도의 위상 오차를 보상하고, 상기 거리측면도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하 는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for solving this problem, in the method for generating a reverse synthetic aperture radar image for a target in flight, receiving a reflected wave scattered and reflected from the target, from the reflected wave Generating a flight trajectory of the target from the extracted distance side view, extracting a new flight trajectory by selecting a pixel whose magnitude of a pixel value is greater than a reference value from the flight trajectory, modeling the extracted flight trajectory by polynomial and And distance-aligning by adjusting a parameter included in the polynomial such that the estimated trajectory according to the polynomial approaches the extracted flight trajectory, and compensating a phase error of the distance-aligned distance side view, and using the distance side view. Generating a reverse synthetic aperture radar image.

상기 거리측면도는 상기 레이더의 관측 각도에 따른 거리성분을 포함할 수 있다.The distance side view may include a distance component according to an observation angle of the radar.

새로운 비행 궤적을 추출하는 단계는, 상기 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀은 1로 설정하고, 기준 값보다 작은 픽셀은 0으로 설정할 수 있다.In the extracting of the new flight trajectory, a pixel having a size greater than the reference value may be set to 1 and a pixel smaller than the reference value may be set to 0.

상기 다항식은 다음과 같이 표시될 수 있다.The polynomial can be expressed as follows.

Figure 112009029064666-pat00001
Figure 112009029064666-pat00001

여기서, M은 거리측면도의 개수이고, a i 는 파라미터이다. Where M is the number of distance profiles and a i is a parameter.

상기 다항식에 따른 추정 궤적과 상기 추출된 비행 궤적 중에서 일치하는 픽셀 수가 최대가 되도록 상기 파라미터를 조절할 수 있다.The parameter may be adjusted to maximize the number of pixels matched among the estimated trajectory according to the polynomial and the extracted flight trajectory.

상기 파라미터는 PSO(particle swarm optimization) 알고리즘를 통하여 추정되며, 상기 PSO 알고리즘은 아래 수학식으로 표현될 수 있다.The parameter is estimated through a particle swarm optimization (PSO) algorithm, and the PSO algorithm may be expressed by the following equation.

Figure 112009029064666-pat00002
Figure 112009029064666-pat00002

여기서, t는 세대 수이고, φ는 관성 가중치이며, ρ 1 = r1c1, ρ 2 = r2c2이며, c1, c2 > 1, c1 + c2 < 4 이고, ri 는 0과 1 사이에 균일분포(uniform distribution)를 가지는 랜덤변수이다.Where t is the number of generations, φ is the inertia weight, ρ 1 = r 1 c 1 , ρ 2 = r 2 c 2 , c 1 , c 2 > 1, c 1 + c 2 <4, r i Is a random variable with a uniform distribution between 0 and 1.

상기 추출된 비행 궤적을 복수의 구획으로 나누는 단계, 각각의 구획에 포함되는 상기 추출된 비행 궤적에 대하여 상기 다항식에 따른 추정 궤적을 이용하여 거리 정렬을 수행하는 단계, 그리고 이웃하는 구획에 중복되는 거리측면도를 기준으로 하여 상기 이웃하는 구획들을 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.Dividing the extracted flight trajectories into a plurality of sections, performing distance alignment using the estimated trajectories according to the polynomial with respect to the extracted flight trajectories included in each section, and distances overlapping neighboring sections The method may further include aligning the neighboring sections based on the side view.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 편대 비행 중인 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치에 있어서, 상기 표적으로부터 산란되어 반사되는 반사파를 수신하고, 상기 반사파로부터 추출된 거리측면도로부터 상기 표적의 비행 궤적을 생성하는 거리측면도 생성부, 상기 비행 궤적으로부터 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀을 선택하여 새로운 비행 궤적을 추출하고, 상기 추출된 비행 궤적을 다항식으로 모델링하고, 상기 다항식에 따른 추정 궤적이 상기 추출된 비행 궤적에 근접하도록 상기 다항식에 포함되는 파라미터를 조절하는 거리 정렬부, 거리 정렬된 상기 거리측면도의 위상 오차를 보상하는 위상 조정부, 그리고 상기 거리측면도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 영상생성부를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, in the apparatus for generating a reverse synthetic aperture radar image for a target in flight, receiving a reflected wave scattered and reflected from the target, and the target from the distance side view extracted from the reflected wave A distance side view generation unit for generating a flight trajectory of a, extracting a new flight trajectory by selecting a pixel whose magnitude is greater than a reference value from the flight trajectory, modeling the extracted flight trajectory by a polynomial, and according to the polynomial A distance alignment unit for adjusting a parameter included in the polynomial so that the estimated trajectory is close to the extracted flight trajectory, a phase adjusting unit for compensating a phase error of the distance-aligned distance side view, and an inverse synthetic aperture surface using the distance side view It includes an image generator for generating a radar image.

이와 같이 편대 비행하는 다수 표적의 비행 궤적을 다항식으로 모델링을 함으로써, 다수의 표적에 대하여 정확하고 신속하게 거리 정렬을 수행하여 더욱 선명하고 고품질을 가지는 ISAR 영상을 획득할 수 있다. 이에 따라 전장에서 군사용 목적으로도 다양한 활용이 가능할 것으로 보인다. By modeling the flight trajectories of multiple targets flying in flight in a polynomial manner, ISAR images can be obtained more precisely and quickly by performing distance alignment with multiple targets accurately and quickly. As a result, it is expected to be used in various ways for military purposes on the battlefield.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한 다.DETAILED DESCRIPTION Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily practice the present invention.

먼저, 도 1을 참고하여 ISAR 영상에 대하여 설명한다. 도 1은 ISAR 영상을 생성하기 표적의 이동을 도시한 예시도이고, 도 2는 표적으로부터 발생하는 산란원을 나타낸 도면이다. First, an ISAR image will be described with reference to FIG. 1. 1 is an exemplary diagram illustrating the movement of a target to generate an ISAR image, and FIG. 2 is a diagram illustrating a scattering source generated from a target.

도 1에서 보는 바와 같이, 레이더(200)로부터 떨어져 있는 표적(100)의 상대적인 이동에 의하여 발생되는 관측각도의 변화가 ISAR 영상의 형성에 사용된다. 즉, 레이더(200)와 표적(100) 사이의 관측각도 변화에 따른 레이더 신호는 ISAR 영상 생성 장치(300)로 송신되고, ISAR 영상 생성 장치(300)는 수신된 레이더 신호를 기반으로 ISAR 영상을 생성한다. 여기서, 레이더(200)가 표적(100)을 향해 레이더 빔(beam)을 발사하면 레이더 빔에 의해 포착된 표적(100)은 레이더 신호를 복수의 반사파로 산란시키게 된다. 이때 레이더 빔에 의해 포착된 표적(100)은 도 2와 같이 3차원 좌표 측 상에 등방성(isotropic) 점 산란원(scatterer)으로 표현된다. As shown in FIG. 1, the change in the observation angle caused by the relative movement of the target 100 away from the radar 200 is used to form an ISAR image. That is, the radar signal according to the change of the observation angle between the radar 200 and the target 100 is transmitted to the ISAR image generating apparatus 300, and the ISAR image generating apparatus 300 receives the ISAR image based on the received radar signal. Create Here, when the radar 200 emits a radar beam toward the target 100, the target 100 captured by the radar beam scatters the radar signal into a plurality of reflected waves. In this case, the target 100 captured by the radar beam is represented as an isotropic point scatterer on the 3D coordinate side as shown in FIG. 2.

이하에서는 본 발명을 설명하기에 앞서 레이더 신호를 함수화하는 도플러 알고리즘에 대해서 설명한다. 먼저 레이더 신호에 있어서, 모노스태틱 처프 파형(monostatic chirp waveform)이 높은 거리 해상도를 가지므로 가장 널리 이용된다. 전송되는 처프 신호는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. Prior to describing the present invention, a Doppler algorithm for functionalizing the radar signal will be described. First, in the radar signal, the monostatic chirp waveform is most widely used because it has a high distance resolution. The transmitted chirp signal may be expressed as Equation 1 below.

Figure 112009029064666-pat00003
Figure 112009029064666-pat00003

여기서, r(t)는 t 시간에 전송되는 신호이고, A0 는 신호의 진폭이며, f0 는 시작 주파수이고, B 는 대역폭을 나타낸다. τ는 펄스 폭이며, rect 는

Figure 112009029064666-pat00004
일 경우 1이고, 그 밖의 범위에서는 0을 갖는 함수이다. Where r (t) is the signal transmitted at time t, A 0 is the amplitude of the signal, and f 0 Is the starting frequency and B is the bandwidth. τ is the pulse width, rect is
Figure 112009029064666-pat00004
If 1, it is a function with 0 in other ranges.

여기서, 산란원으로부터 반사되는 수신 신호는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. Here, the received signal reflected from the scattering source may be represented by Equation 2 below.

Figure 112009029064666-pat00005
Figure 112009029064666-pat00005

A는 반사된 신호의 진폭이고, d 0 는 레이더와 산란원 사이의 지연 시간이다. 다수의 표적의 경우에는 수신 신호 g(t)는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. A is the amplitude of the reflected signal and d 0 is the delay time between the radar and the scattering source. In the case of a plurality of targets, the received signal g (t) can be expressed by Equation 3 below.

Figure 112009029064666-pat00006
Figure 112009029064666-pat00006

여기서, d k ,n 는 레이더와 표적의 n번째 산란원 사이의 시간지연을 나타내고, N은 산란원의 개수이며, K는 표적의 개수이다. d k ,n 값은 평면 파형 근사값을 이용하여 계산할 수 있다. Range-Doppler 알고리즘에서, 반사된 신호는 특정 측면각도에서 거리측면도로 표현되고, 거리 정렬과 위상 조정을 포함하는 병진운동보상을 거친 후, 각각의 거리성분(이하, "range bin"이라 함)에 fast 푸리에 변환(FFT)이 적용되는바, 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 통하여 설명하기로 한다. Where d k , n represents the time delay between the radar and the nth scattering source of the target, N is the number of scattering circles, and K is the number of targets. The value of d k , n can be calculated using the planar waveform approximation. In the Range-Doppler algorithm, the reflected signal is represented as a distance profile at a particular lateral angle, undergoes translational compensation, including distance alignment and phase adjustment, and then at each distance component (hereinafter referred to as "range bin"). Fast Fourier transform (FFT) is applied, a detailed description thereof will be described with reference to FIG.

도 3은 ISAR 영상을 생성하기 위한 Range-Doppler 알고리즘의 순서도이다. Range-Doppler 알고리즘은 표적과 레이더 사이의 상대적인 회전 각도가 작고, 작은 회전각에 대해 산란원들이 인접하는 range bin으로 이동하지 않는다고 가정한다. 회전 각도가 큰 경우에는 극사상(polar format)을 이용하여 (주파수, 각도) 영역에서 균일하게 내삽(interpolation)을 하며, 고해상도의 영상을 얻기 위한 기법으로서 현대 스펙트럼 추정기법들 중의 하나인 2차원의 다중신호구분(multiple signal classification: MUSIC) 기법 등이 이용될 수 있다. 3 is a flowchart of a Range-Doppler algorithm for generating an ISAR image. The Range-Doppler algorithm assumes that the relative angle of rotation between the target and radar is small and that scattering circles do not move to adjacent range bins for small angles of rotation. When the rotation angle is large, the interpolation is uniformly performed in the (frequency, angle) region by using a polar format, and a technique for obtaining a high resolution image is one of two-dimensional spectral estimation techniques. Multiple signal classification (MUSIC) techniques and the like can be used.

도 3에서 보는 바와 같이 Range-Doppler 알고리즘은 거리압축(range compression) 단계(S310), 병진운동보상(translational motion compensation) 단계(S320), 수직압축(azimuth compression) 단계(S350)의 3단계로 이루어 진다. As shown in FIG. 3, the Range-Doppler algorithm consists of three stages: a range compression step S310, a translational motion compensation step S320, and an azimuth compression step S350. Lose.

거리압축 단계(S310)는 각각의 관측각에서 산란원들의 분포를 나타내는 거리측면도를 형성하는 과정이다. 이 단계에서는 광대역의 처프신호를 이용한 정합 필터링(matched filtering)이나, 스텝 주파수 신호를 이용한 역푸리에변환 (inverse discrete Fourier transform : IDFT)이 이용된다. 거리방향의 해상도는 레이더 신호의 대역폭에 의해서 결정되는데, 식으로 표현하면 c/2B 이다. 여기서 c는 빛의 속도, B는 대역폭이다. 도3의 우측 단에 도시된 거리측면도는 특정 관측각에서 산란원들로부터 반사되는 반사파를 복수의 range bin로 표현될 수 있다. The distance compression step S310 is a process of forming a distance side view representing the distribution of scattering circles at each observation angle. In this step, matched filtering using a wideband chirp signal or an inverse discrete Fourier transform (IDFT) using a step frequency signal is used. Distance resolution is determined by the bandwidth of the radar signal, expressed as c / 2B to be. Where c is the speed of light and B is the bandwidth. The distance side view shown in the right end of FIG. 3 may be represented by a plurality of range bins of reflected waves reflected from scattering sources at a particular observation angle.

병진운동보상 단계(S320)는 처프 레이더(chirp radar)의 경우 펄스 사이, 스 텝 레이더의 경우 burst 사이의 운동을 보상하는 과정으로서, 거리 정렬 단계(S330)와 위상 조정 단계(S340)로 구분된다. The translational motion compensation step S320 is a process of compensating motion between pulses in the case of a chirp radar and bursts in the case of a step radar, and is divided into a distance alignment step S330 and a phase adjustment step S340. .

마지막으로 수직방향압축(S350) 단계는 각각의 산란원의 도플러 주파수들의 차이를 이용하여 수직 방향으로 산란원들을 배치시키는 과정이다. 수직방향 해상도는 관측각에 영향을 받으며, λ/2Δθ로 표현된다. 여기서 Δθ는 관측각이고, λ는 파장이다. 병진운동 보상이 없을 경우, ISAR 영상은 단지 2차원의 푸리에 변환일 뿐이며, 표적의 운동으로 인한 거리측면도들의 움직임이 보상되지 않을 경우, ISAR 영상은 심각하게 흐려지게 되므로 이하에서는 병진운동보상 과정에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Finally, the vertical compression (S350) is a process of arranging the scattering circles in the vertical direction by using the difference in the Doppler frequencies of the scattering sources. Vertical resolution is affected by the viewing angle and is expressed as λ / 2Δθ. Where Δθ is the observation angle and λ is the wavelength. In the absence of translational compensation, the ISAR image is just a two-dimensional Fourier transform, and if the movement of the distance profiles due to the target's motion is not compensated for, the ISAR image will be seriously blurred. It demonstrates in more detail.

도 3에서 보는 바와 같이, 병진운동보상 단계(S320)는 거리 정렬 단계(S330)와 위상 조정 단계(S340)로 구분되며, 거리 정렬(range alignment) 단계(S330)는 거리 측면도를 정렬하는 단계이고, 위상 조정(phase adjustment) 단계(S340)는 강제로 정렬된 거리측면도들의 상대적인 위상 오차를 보상해주는 단계다. As shown in Figure 3, the translational motion compensation step (S320) is divided into a distance alignment step (S330) and a phase adjustment step (S340), the range alignment (range alignment) step (S330) is a step of aligning the distance side view , Phase adjustment step (S340) is a step for compensating for the relative phase error of the forcibly aligned distance side views.

만약 표적이 정지한 상태에서 회전만 할 경우, 동일한 산란원으로부터 반사된 신호들은 거리측면도 상에서 고정된 거리에 위치하게 된다. 그러나, 펄스 사이에 표적이 여러 range bin들을 이동할 수 있으므로, 반사된 신호들은 일반적으로 다른 거리측면도에서 다른 위치에 존재하게 된다. 따라서 동일한 산란원으로부터 반사된 신호들이 모든 거리측면도에서 동일한 거리에 위치하도록 거리측면도들을 정렬해야 한다. 하지만 거리측면도들을 아무런 위상보상 없이 이동할 경우에 위상오차가 생기게 되므로, 이러한 위상오차를 거리측면도별로 보상을 해 주어야 한다. If the target is stationary and only rotates, the signals reflected from the same scattering source will be at a fixed distance on the distance profile. However, because the target can move several range bins between pulses, the reflected signals will generally be in different locations at different distance profiles. Therefore, the distance side views must be aligned so that the signals reflected from the same scattering source are located at the same distance in all distance side views. However, when the distance side views are moved without any phase compensation, a phase error is generated. Therefore, the phase error should be compensated for each distance side view.

만일 표적의 운동변수들을 정확히 알고 있을 경우, 병진운동보상은 직접적으로 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 변수들을 정확하게 아는 것은 불가능하므로, 거리 정렬을 위한 상대적인 이동거리 및 위상오차는 정확하게 산출될 수 없다. 이러한 이유로 운동변수를 이용하지 않고 거리 정렬과 위상 조정을 할 수 있는 기법들이 널리 사용된다. If the target's kinematic parameters are known correctly, translational compensation can be performed directly. However, since it is impossible to know these variables accurately, the relative travel distance and phase error for distance alignment cannot be accurately calculated. For this reason, techniques for distance alignment and phase adjustment are widely used without using motion variables.

거리 정렬 단계(S330)에 있어서, 상관도(correlation)와 엔트로피(entropy)와 같이 거리측면도들의 유사성을 나타내는 비용함수가 널리 이용된다. 여러 비용함수 중에, 1차원의 엔트로피 비용함수가 아주 효율적이며, 잡음에도 강하다고 알려져 있다. 이 비용함수(HGm , Gm +1)는 다음의 수학식 4와 같다. In the distance sorting step S330, a cost function indicating similarity of distance side views, such as correlation and entropy, is widely used. Among many cost functions, the one-dimensional entropy cost function is known to be very efficient and robust to noise. This cost function (H Gm , Gm +1 ) is given by Equation 4 below.

Figure 112009029064666-pat00007
Figure 112009029064666-pat00007

수학식 4에서 Gm(n)과 Gm +1(n)은 n번째 range bin에서의 m 번째 및 (m+1) 번째 거리측면도를 나타내며, Np는 range bin들의 총 개수를 나타내고, σ는 거리 정렬을 위한 이동횟수를 나타낸다. 일반적으로 거리 정렬 시의 오차를 최소화하기 위해 Gm(n) 대신에 첫 번째에서 m 번째까지의 거리측면도들의 평균이 이용된다. 수학식 1에 따르면, 1차원 엔트로피 비용함수 HGm , Gm +1 를 최소화 시키는 이동횟수 σ만큼 (m+1) 번째 거리측면도를 이동시켜서 정렬한다.In Equation 4, G m (n) and G m +1 (n) represent m-th and (m + 1) -th distance profiles in the n-th range bin, N p represents the total number of range bins, and σ Indicates the number of movements for distance alignment. In general, G m (n) to minimize errors in distance alignment Instead, the mean of the first to mth distance profiles is used. According to Equation 1, alignment is performed by moving the (m + 1) th distance side view by the number of shifts σ minimizing the one-dimensional entropy cost functions H Gm and Gm +1 .

위상 조정 단계(S340)에는 최대대비기법(maximum contrast method)과 최소엔트로피기법(minimum entropy method)등과 같은 방법이 사용된다. 이 기법들 또한 거리 정렬 기법과 마찬가지로 표적의 운동에 대한 정보가 없이도 적용되는 기법이며, 당업자라면 용이하게 실시할 수 있는바, 상세한 설명은 생략한다. In the phase adjusting step S340, methods such as a maximum contrast method and a minimum entropy method are used. These techniques, like the distance alignment technique, are also applied without information on the motion of the target, and can be easily implemented by those skilled in the art, and thus detailed descriptions are omitted.

한편, 앞에서 설명한 바와 같이 수학식 4에 따른 엔트로피 비용 함수를 최소화 시키는 거리 정렬 방법은 하나의 표적에 대해 영상을 생성하는데 효과적이지만 다수의 표적에 대해 영상을 생성하는 데에는 부적합하다. On the other hand, as described above, the distance alignment method of minimizing the entropy cost function according to Equation 4 is effective for generating an image for one target but is not suitable for generating an image for a plurality of targets.

도 4a는 하나의 표적에 대하여 엔트로피 비용함수를 최소화하는 방법을 적용하여 생성된 거리 정렬 결과를 도시한 것이고, 도 4b는 다수의 표적에 대하여 엔트로피 비용함수를 최소화하는 방법을 적용하여 생성된 거리 정렬 결과를 도시한 것이다. 4A illustrates a distance alignment result generated by applying a method of minimizing an entropy cost function for a single target, and FIG. 4B illustrates a distance alignment generated by applying a method of minimizing an entropy cost function for a plurality of targets. The results are shown.

도 4a는 하나의 표적에 대하여 생성된 2개의 거리측면도에 관한 것으로, 2개의 거리측면도는 서로 강하게 상관관계를 가지고 있으며, 수학식 4에 따른 엔트로피를 최소화 시키는 거리 정렬 방법에 의하여 거리 정렬이 정확하게 수행되었음을 알 수 있다. 4A relates to two distance profiles generated for one target, and the two distance profiles are strongly correlated with each other, and the distance alignment is accurately performed by a distance alignment method for minimizing entropy according to Equation 4. It can be seen that.

반면에 도 4b는 다수의 표적에 대하여 생성된 2개의 거리측면도에 관한 것으로, 3번째 range bin과 5번째 range bin의 값이 다른 표적의 영향으로 인하여 급격하게 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 도 4b에서 두번째 거리측면도(Range Profile 2)에서 3번째 range bin과 5번째 range bin의 값은 첫번째 거리측면도(Range Profile 1)에서 4번째 range bin과 6번째 range bin에 정렬이 되어야 하지만, 각각 6과 7의 값으로 급격하게 증가함으로써 거리 정렬이 부정확하게 되었다. 이와 같은 결과는 다수의 표적들에 대한 반사파 사이에 발생하는 보강간섭 또는 상쇄간섭에 기인하며, 도 4b에서 알 수 있듯이 거리 정렬 과정에서 range bin의 값이 증가하게 된다. 따라서, 하나의 표적의 경우에는 이웃하는 거리측면도가 유사하므로 엔트로피는 적절한 비용함수로 기능을 하지만, 다수의 표적의 경우에는 이웃하는 range bin의 값이 유사하지 않으므로, 엔트로피를 최소화하는 방법을 다수의 표적에 적용하는 것은 부적절하다고 볼 수 있다. On the other hand, Figure 4b relates to the two distance side view generated for a plurality of targets, it can be seen that the value of the third range bin and the fifth range bin has increased dramatically due to the influence of other targets. That is, the values of the third range bin and the fifth range bin in the second distance side view (Range Profile 2) in FIG. 4B should be aligned to the fourth range bin and the sixth range bin in the first distance side view (Range Profile 1). Increasing the values to 6 and 7, respectively, resulted in inaccurate distance alignment. This result is due to constructive or destructive interference occurring between the reflected waves for a plurality of targets, and as shown in FIG. 4B, the value of the range bin increases during distance alignment. Therefore, in the case of one target, the entropy functions as an appropriate cost function because the neighboring distance profiles are similar, but in the case of a plurality of targets, the values of the neighboring range bins are not similar. Application to the target can be considered inappropriate.

따라서, 이하에서는 도 5 내지 도 10을 통하여 다수의 표적을 포착하는 경우 높은 값을 가지는 range bin 때문에 발생하는 부정확한 거리 정렬을 방지할 수 있는 ISAR 영상 생성 장치 및 방법에 대하여 설명한다. Accordingly, an apparatus and a method for generating an ISAR image that can prevent incorrect distance alignment caused by a range bin having a high value when capturing a plurality of targets will be described with reference to FIGS. 5 through 10.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상 생성 장치의 구성을 나타낸 것이다. 5 illustrates a configuration of an ISAR image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상 생성 장치(300)는 거리측면도 생성부(310), 병진운동 보상부(320) 및 영상 생성부(330)를 포함한다. As shown in FIG. 5, an ISAR image generating apparatus 300 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a distance side view generator 310, a translational compensator 320, and an image generator 330.

거리측면도 생성부(310)는 표적으로부터 산란되어 반사되는 반사파를 수신하고, 산란원들의 분포를 나타내는 거리측면도를 생성한다. 거리측면도는 레이더의 관측 각도에 따른 표적에 대한 거리성분(range bin)을 포함한다. The distance side view generator 310 receives the reflected waves scattered and reflected from the target, and generates a distance side view indicating the distribution of scattering circles. The distance side view includes a range bin for the target according to the viewing angle of the radar.

병진운동 보상부(320)는 표적의 병진운동을 보상하는 것으로, 거리 정렬부(322)와 위상 조정부(324)를 포함한다. The translation compensation unit 320 compensates for the translation of the target, and includes a distance alignment unit 322 and a phase adjuster 324.

거리 정렬부(322)는 비행 궤적으로부터 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀을 선택하여 새로운 비행 궤적을 추출하고, 추출된 비행 궤적을 다항식으로 모델링하고, 다항식에 따른 추정 궤적이 상기 추출된 비행 궤적에 근접하도록 다항식에 포함되는 파라미터를 조절한다. 위상 조정부(324)는 거리 정렬된 거리측면도의 위상 오차를 보상한다. The distance alignment unit 322 extracts a new flight trajectory by selecting a pixel having a magnitude greater than a reference value from the flight trajectory, models the extracted flight trajectory as a polynomial, and estimates the trajectory according to the polynomial to the extracted flight. Adjust the parameters included in the polynomial to approximate the trajectory. The phase adjuster 324 compensates for the phase error of the distance-aligned distance side view.

영상 생성부(330)는 수직 방향으로 산란원들을 배치시키며, 거리측면도를 이용하여 ISAR 영상을 생성한다. The image generator 330 arranges scattering circles in a vertical direction, and generates an ISAR image using a distance side view.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 거리 정렬 단계에 대하여 설명한다.Hereinafter, a distance alignment step according to an embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 표적에 대한 거리 정렬 방법을 나타내는 순서도이고, 도 7은 편대 비행 중인 다수의 표적을 나타낸 예시도이다. FIG. 6 is a flowchart illustrating a distance alignment method for a plurality of targets according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an exemplary view showing a plurality of targets in flight in formation.

먼저 도 7과 같이 편대 비행 중인 다수의 표적에 대하여 각각의 관측각에서 산란원들의 분포를 나타내는 도 8a와 같은 거리측면도를 형성한다(S610). First, as shown in FIG. 7, a distance side view as shown in FIG. 8A representing a distribution of scattering circles at each observation angle for a plurality of targets in flight, is formed (S610).

도 8a는 다수의 표적에 대하여 생성한 거리측면도 궤적을 도시한 것이다. FIG. 8A illustrates a distance side view trajectory generated for multiple targets.

도 8a에 도시한 거리측면도 궤적은 레이더가 표적에 대해 레이더 펄스(또는 레이저 빔)를 발사한 뒤, 반사되어 돌아오는 반사파의 크기를 도시한 것으로, 도 8a에서 세로축인 Cross-Range Bin은 레이더가 표적을 향해 발사한 레이더 펄스의 개수(도 6에서는 128개의 펄스로 가정함)를 나타낸다. 또한 도 8a에서 가로축인 Down-Range Bin은 레이더가 레이더 펄스를 발사한 뒤 반사파를 수신할 때까지 걸리는 시간을 나타내는 것으로, 이는 레이더와 표적 사이의 거리에 대응한다. 따라서 도 8a에 도시한 거리측면도 궤적은 표적의 비행 궤적에 대응한다고 할 수 있다. The distance side view trajectory shown in FIG. 8A shows the magnitude of the reflected wave reflected after the radar fires a radar pulse (or laser beam) to the target. In FIG. Shows the number of radar pulses fired toward the target (assuming 128 pulses in FIG. 6). In addition, the horizontal axis Down-Range Bin in Figure 8a represents the time it takes for the radar to receive the reflected wave after firing the radar pulse, which corresponds to the distance between the radar and the target. Therefore, it can be said that the distance side view trajectory shown in FIG. 8A corresponds to the flight trajectory of the target.

또한 거리측면도 궤적의 색상은 반사파의 크기를 나타내며, 이는 거리측면도 궤적 영상의 픽셀 값에 비례한다. 따라서 도 8a에 도시한 거리측면도 궤적에 나타난 레이더 펄스 중에서 하나의 레이더 펄스에 대한 측정 결과를 나타낸 것이 도 3의 우측단에 도시한 거리측면도가 되며, 이때, 반사파의 크기는 거리측면도의 거리성분(range bin)으로 표시할 수 있다. Also, the color of the distance side view trajectory represents the magnitude of the reflected wave, which is proportional to the pixel value of the distance side view trajectory image. Therefore, the measurement result of one radar pulse among the radar pulses shown in the distance side view trajectory shown in FIG. 8A is a distance side view shown in the right end of FIG. 3, where the magnitude of the reflected wave is the distance component ( range bin).

그리고 각각의 거리측면도에서 가장 높은 픽셀값을 가지는 η개의 range bin 을 선택하여 그 값을 1로 설정하고, 다른 range bin에 대해서는 그 값을 0으로 설정하여 도 8b와 같이 새로운 비행 궤적을 추출한다(S620). 도 8b는 도 8a 중에서 픽셀값이 1로 설정된 range bin을 추출하여 생성한 표적의 비행 궤적을 도시한 것이다. 즉, 도 8a에서 각각의 Cross-Range Bin에 대하여 픽셀값이 큰 η개의 range bin 을 추출하도록 한다. Then, select the η range bins having the highest pixel values in each distance side view, set the value to 1, and set the value to 0 for the other range bins to extract a new flight trajectory as shown in FIG. S620). FIG. 8B illustrates a flight trajectory of a target generated by extracting a range bin in which a pixel value is set to 1 in FIG. 8A. That is, in FIG. 8A, η range bins having a large pixel value are extracted for each cross-range bin.

여기서, η값은 산란원에 대응하는 range bin 을 선택하기에 적절하도록 설정되어야 한다. η값이 너무 크면 작은 값을 가지는 range bin까지 선택되며, η 값이 너무 작으면 소수의 큰 값을 가지는 range bin 만 선택된다. 도 8b에서 나타낸 각각의 Cross-Range Bin에 대한 추출된 비행 궤적은 도 9의 표적 영역(Target Region)에 실선으로 표시할 수 있다. Here, the value of η should be set to be appropriate for selecting a range bin corresponding to the scattering source. If the value of η is too large, the range bin with the smaller value is selected. If the value of η is too small, only the range bin with a few large values is selected. The extracted flight trajectory for each cross-range bin shown in FIG. 8B may be indicated by a solid line in the target region of FIG. 9.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비용 함수를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서 보는 바와 같이 중심에는 표적 영역에 해당하며, 표적 영역의 양쪽은 비표적 영역(Non-Target Region)에 해당한다. 9 is a view for explaining a cost function according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the center corresponds to the target region, and both sides of the target region correspond to a non-target region.

그리고, 표적의 추출된 비행 궤적을 수학식 5와 같은 다항식으로 모델링한 다(S630). 수학식 5는 추출된 비행 궤적을 추정하기 위한 다항식으로, 다항식 R(t)는 추정 궤적에 대한 다항식이다. Then, the extracted flight trajectory of the target is modeled as a polynomial such as Equation 5 (S630). Equation 5 is a polynomial for estimating the extracted flight trajectory, and polynomial R (t) is a polynomial for the estimated trajectory.

Figure 112009029064666-pat00008
Figure 112009029064666-pat00008

수학식 5에서, M은 거리측면도의 개수이고, a i 는 파라미터이다. R(t)는 실수로서, 실제 값과 가까운 정수값으로 설정한다. 다항식 R(t)는 파라미터 a i 값에 따라 함수 값이 달라지며, 다항식 R(t)에 따라 추정되는 궤적도 달라지게 된다. In Equation 5, M is the number of distance side views and a i is a parameter. R (t) is a real number and is set to an integer value close to the actual value. The function value of the polynomial R (t) varies according to the parameter a i , and the estimated trajectory of the polynomial R (t) also varies.

그리고, 다항식에 따른 추정 궤적이 추출된 비행 궤적을 추적하도록 파라미터 a i 를 조절한다(S640). 이를 위하여, 도 9에서 점선으로 표시한 다항식에 따른 추정 궤적을 표적 영역 방향으로 이동시킨다. 도 9에서는 추정 궤적을 표적 영역의 왼쪽에서 오른쪽으로 이동시킨 것으로 도시하였다. 따라서, 추정 궤적은 추출된 비행 궤적을 통과하게 되는데, 추정 궤적이 추출된 비행 궤적에 일치할수록, 추정 궤적과 추출된 비행 궤적 사이에 겹치게 되는 픽셀들은 많아진다. In operation S640, the parameter a i is adjusted to track the extracted flight trajectory according to the polynomial. To this end, the estimated trajectory according to the polynomial represented by the dotted line in FIG. 9 is moved in the direction of the target area. In FIG. 9, it is shown that the estimated trajectory is moved from the left to the right of the target area. Therefore, the estimated trajectory passes through the extracted flight trajectory. As the estimated trajectory coincides with the extracted flight trajectory, more pixels overlap between the estimated trajectory and the extracted flight trajectory.

이때, 겹치는 픽셀 값의 총합을 비용 함수로 정의할 수 있으며, 비용 함수가 최대가 되도록 하는 파라미터 a i 값을 설정할 수 있다. 즉, 픽셀값의 총합이 크면 수학식 5에 나타낸 다항식이 추출된 거리측면도 궤적에 상당히 일치한다고 볼 수 있으며, 설정된 파라미터 a i 값을 이용하여 쉽게 거리 정렬을 수행할 수 있다. In this case, the total sum of overlapping pixel values may be defined as a cost function, and a parameter a i value for maximizing the cost function may be set. That is, if the sum of the pixel values is large, the polynomial shown in Equation 5 can be considered to be substantially identical to the extracted trajectory, and the distance alignment can be easily performed using the set parameter a i value.

여기서, 파라미터 a i 값은 PSO(particle swarm optimization)를 통하여 추정 하는 것이 효과적이다. PSO는 개체에 근거한(population-based) 확률적인 최적화 기법이며, particle이라 불리는 개체들을 랜덤한 값으로 초기화 시킨 후에 각 particle의 지역최대(local best)와 전역최대(global best)를 향하여 속도(velocity)를 변화시켜 비용함수의 최소, 최대값 및 이를 제공하는 개체를 찾는다. 각 particle을 갱신하는 방법은 다음의 수학식 6과 같다. Here, it is effective to estimate the parameter a i value through particle swarm optimization (PSO). PSO is a population-based probabilistic optimization technique that initializes entities called particles to random values and then velocity towards the local best and global best of each particle. Change to find the minimum and maximum cost functions and the entity providing them. The method of updating each particle is as shown in Equation 6 below.

Figure 112009029064666-pat00009
Figure 112009029064666-pat00009

여기서, t는 세대 수이고, φ는 관성 가중치이며, ρ 1 = r1c1, ρ 2 = r2c2이며, c1, c2 > 1, c1 + c2 < 4 이고, ri 는 0과 1 사이에 균일분포(uniform distribution)를 가지는 랜덤변수이다. 수학식 6을 통하여 구해진 속도벡터는 t번째 세대에서의 속도벡터 (

Figure 112009029064666-pat00010
)는 i번째 particle(
Figure 112009029064666-pat00011
)에 더해져서 이 particle을 이동시킨다.Where t is the number of generations, φ is the inertia weight, ρ 1 = r 1 c 1 , ρ 2 = r 2 c 2 , c 1 , c 2 > 1, c 1 + c 2 <4, r i Is a random variable with a uniform distribution between 0 and 1. The velocity vector obtained from Equation 6 is the velocity vector
Figure 112009029064666-pat00010
) Is the i particle (
Figure 112009029064666-pat00011
To move this particle.

한편 수학식 5를 통해 추정된 비행 궤적은 추출된 거리측면도 궤적에 정확하게 일치하기는 어려우며, 거리 정렬 오차는 심각한 문제를 초래할 수도 있다. 특히 궤적의 비행 시간이 길어지면 추출된 거리측면도 궤적 역시 길어지므로 수학식 5를 통해 정확한 비행 궤적을 추정하는 것은 어렵다. On the other hand, the flight trajectory estimated by Equation 5 is difficult to exactly match the extracted distance side profile, and the distance alignment error may cause serious problems. In particular, as the flight time of the trajectory is long, the extracted distance side view trajectory is also long, so it is difficult to estimate the correct flight trajectory through Equation 5.

따라서 본 발명의 실시예에서는 도 10과 같이 추출된 거리측면도 궤적을 여러 개의 구획(segment)로 나누고, 이웃하는 2개의 구획은 1개의 거리측면도를 공유 하도록 할 수 있다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 구획으로 분할된 비용 함수를 설명하기 위한 도면이다. Therefore, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, the extracted distance side view trajectory may be divided into several segments, and two neighboring segments may share one distance side view. 10 is a view for explaining a cost function divided into a plurality of compartments according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 10에 도시된 각각의 구획에 대하여 수학식 5를 통해 비행 궤적을 추정하고, 겹치는 거리측면도(overlapping Range profiles)를 기준으로 하여 이웃하는 거리측면도를 거리 정렬시키도록 한다. 또한 각각의 구획에 따라 병렬적으로 비행 궤적을 추정하면 하나의 다항식으로 전체 비행 궤적을 추정하는 방법과 같은 시간이 소요되므로 시간이 지연되는 것을 방지할 수 있다.First, the flight trajectory is estimated through Equation 5 for each of the sections shown in FIG. 10, and the neighboring distance profiles are distance-aligned based on overlapping range profiles. In addition, estimating the flight trajectory in parallel according to each section can prevent the time delay because the same time as the method of estimating the entire flight trajectory by one polynomial is required.

이하에서는 도 11a 내지 도 11d를 통하여 종래 기술에 따른 엔트로피 최소화 방법을 통해 생성된 ISAR 영상과 본 발명의 실시예를 통해 생성된 ISAR 영상을 비교하여 설명한다. Hereinafter, the ISAR image generated through the entropy minimization method according to the related art and the ISAR image generated through the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11A through 11D.

도 11a는 엔트로피 최소화 방법을 통하여 거리측면도를 거리 정렬시킨 것을 나타낸 예시도이고, 도 11b는 본 발명의 실시예를 통하여 거리측면도를 거리 정렬 시킨 것을 나타낸 예시도이다. 또한 도 11c는 도 11a를 이용하여 생성한 ISAR 영상을 나타낸 예시도이고, 도 11d는 도 11b를 이용하여 생성한 ISAR 영상을 나타낸 예시도이다. FIG. 11A is an exemplary view illustrating distance alignment of a distance side view through an entropy minimization method, and FIG. 11B is an exemplary view illustrating distance alignment of a distance side view through an embodiment of the present invention. FIG. 11C is an exemplary view showing an ISAR image generated using FIG. 11A, and FIG. 11D is an exemplary view showing an ISAR image generated using FIG. 11B.

먼저 도 11a와 도 11b를 비교하면, 도 11a는 도 11b에 비하여 균일성이 떨어지고 거리 정렬된 거리측면도의 양쪽 경계가 직선형태로 정확하게 진행되지 않았음을 알 수 있다. 이에 따라 도 11c에 나타낸 ISAR 영상은 오직 높은 픽셀값을 갖는 픽셀만 표현될 뿐 영상에 퍼져있는 표적 픽셀을 표시하지 못한다. 반면에 도 11d에 나타낸 ISAR 영상은 표적의 비행궤적을 다항식으로 모델링함으로써 더욱 정확하 고 선명하게 표적을 표시할 수 있다. First, comparing FIG. 11A and FIG. 11B, it can be seen that FIG. 11A is less uniform in comparison with FIG. 11B and that both boundaries of the distance-aligned distance side view do not proceed correctly in a straight line shape. Accordingly, the ISAR image shown in FIG. 11C represents only pixels having a high pixel value and does not represent target pixels spreading through the image. On the other hand, the ISAR image shown in FIG. 11D can display the target more accurately and clearly by modeling the flight trajectory of the target by polynomial.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 편대 비행하는 다수 표적의 비행 궤적을 다항식으로 모델링을 함으로써, 다수의 표적에 대하여 정확하고 신속하게 거리 정렬을 수행하여 더욱 선명하고 고품질을 가지는 ISAR 영상을 획득할 수 있다.Thus, according to the embodiment of the present invention by modeling the flight trajectory of a plurality of targets flying in flight polynomial, ISAR image having a clearer and higher quality can be obtained by performing distance alignment accurately and quickly for a plurality of targets have.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

도 1은 ISAR 영상을 생성하기 표적의 이동을 도시한 예시도이다. 1 is an exemplary diagram illustrating the movement of a target to generate an ISAR image.

도 2는 표적으로부터 발생하는 산란원을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram showing a scattering source generated from a target.

도 3은 ISAR 영상을 생성하기 위한 Range-Doppler 알고리즘의 순서도이다. 3 is a flowchart of a Range-Doppler algorithm for generating an ISAR image.

도 4a는 하나의 표적에 대하여 엔트로피 비용함수를 최소화하는 방법을 적용하여 생성된 거리 정렬 결과를 도시한 것이다. 4A illustrates a distance alignment result generated by applying a method of minimizing an entropy cost function for one target.

도 4b는 다수의 표적에 대하여 엔트로피 비용함수를 최소화하는 방법을 적용하여 생성된 거리 정렬 결과를 도시한 것이다. 4B illustrates the distance alignment results generated by applying a method of minimizing the entropy cost function for multiple targets.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 ISAR 영상 생성 장치의 구성을 나타낸 것이다. 5 illustrates a configuration of an ISAR image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다수의 표적에 대한 거리 정렬 방법을 나타내는 순서도이다. 6 is a flowchart illustrating a distance alignment method for a plurality of targets according to an embodiment of the present invention.

도 7은 편대 비행 중인 다수의 표적을 나타낸 예시도이다. 7 is an exemplary view showing a plurality of targets in flight for formation.

도 8a는 다수의 표적에 대하여 생성한 거리측면도 궤적을 도시한 것이다. FIG. 8A illustrates a distance side view trajectory generated for multiple targets.

도 8b는 도 8a 중에서 픽셀값이 1로 설정된 range bin을 추출하여 생성한 표적의 비행 궤적을 도시한 것이다. FIG. 8B illustrates a flight trajectory of a target generated by extracting a range bin in which a pixel value is set to 1 in FIG. 8A.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 비용 함수를 설명하기 위한 도면이다. 9 is a view for explaining a cost function according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복수의 구획으로 분할된 비용 함수를 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining a cost function divided into a plurality of compartments according to an embodiment of the present invention.

도 11a는 엔트로피 최소화 방법을 통하여 거리측면도를 거리 정렬시킨 것을 나타낸 예시도이다. FIG. 11A is an exemplary view illustrating distance alignment of a distance side view through an entropy minimization method. FIG.

도 11b는 본 발명의 실시예를 통하여 거리측면도를 거리 정렬 시킨 것을 나타낸 예시도이다. Figure 11b is an exemplary view showing the distance alignment of the distance side view through an embodiment of the present invention.

도 11c는 도 11a를 이용하여 생성한 ISAR 영상을 나타낸 예시도이다.FIG. 11C is an exemplary diagram illustrating an ISAR image generated using FIG. 11A.

도 11d는 도 11b를 이용하여 생성한 ISAR 영상을 나타낸 예시도이다. FIG. 11D is an exemplary diagram illustrating an ISAR image generated using FIG. 11B.

Claims (14)

편대 비행 중인 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법에 있어서, A method for generating a reverse synthetic aperture radar image for a squadron in flight, 상기 표적으로부터 산란되어 반사되는 반사파를 수신하는 단계, Receiving reflected waves scattered and reflected from the target, 상기 반사파로부터 추출된 거리측면도로부터 상기 표적의 비행 궤적을 생성하는 단계, Generating a flight trajectory of the target from a distance side view extracted from the reflected wave, 상기 비행 궤적으로부터 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀을 선택하여 새로운 비행 궤적을 추출하는 단계, Extracting a new flight trajectory by selecting a pixel having a magnitude greater than a reference value from the flight trajectory, 상기 추출된 비행 궤적을 다항식으로 모델링하고, 상기 다항식에 따른 추정 궤적이 상기 추출된 비행 궤적에 근접하도록 상기 다항식에 포함되는 파라미터를 조절하여 거리 정렬하는 단계, 그리고 Modeling the extracted flight trajectory as a polynomial, and adjusting distances by adjusting a parameter included in the polynomial such that the estimated trajectory according to the polynomial approaches the extracted flight trajectory, and 거리 정렬된 상기 거리측면도의 위상 오차를 보상하고, 상기 거리측면도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법. Compensating the phase error of the distance-aligned distance side view, and generating a reverse synthetic aperture radar image using the distance side view. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 거리측면도는 상기 레이더의 관측 각도에 따른 거리성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법. And the distance side view comprises a distance component according to an observation angle of the radar. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 새로운 비행 궤적을 추출하는 단계는, Extracting a new flight trajectory, 상기 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀은 1로 설정하고, 기준 값보다 작은 픽셀은 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법. The pixel of which the size of the pixel value is greater than the reference value is set to 1, and the pixel smaller than the reference value is set to 0. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 다항식은 다음과 같이 표시되는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법: Wherein the polynomial is represented as follows:
Figure 112009029064666-pat00012
Figure 112009029064666-pat00012
여기서, M은 거리측면도의 개수이고, a i 는 파라미터이다. Where M is the number of distance profiles and a i is a parameter.
제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 다항식에 따른 추정 궤적과 상기 추출된 비행 궤적 중에서 일치하는 픽셀 수가 최대가 되도록 상기 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법. And adjusting the parameter to maximize the number of pixels matched among the estimated trajectory and the extracted flight trajectory according to the polynomial. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 파라미터는 PSO(particle swarm optimization) 알고리즘를 통하여 추정 되며, 상기 PSO 알고리즘은 아래 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법:The parameter is estimated through a particle swarm optimization (PSO) algorithm, wherein the PSO algorithm is a method of generating a reverse synthetic aperture radar image, characterized by the following equation:
Figure 112009029064666-pat00013
Figure 112009029064666-pat00013
여기서, t는 세대 수이고, φ는 관성 가중치이며, ρ 1 = r1c1, ρ 2 = r2c2이며, c1, c2 > 1, c1 + c2 < 4 이고, ri 는 0과 1 사이에 균일분포(uniform distribution)를 가지는 랜덤변수이다. Where t is the number of generations, φ is the inertia weight, ρ 1 = r 1 c 1 , ρ 2 = r 2 c 2 , c 1 , c 2 > 1, c 1 + c 2 <4, r i Is a random variable with a uniform distribution between 0 and 1.
제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 추출된 비행 궤적을 복수의 구획으로 나누는 단계,Dividing the extracted flight trajectory into a plurality of compartments, 각각의 구획에 포함되는 상기 추출된 비행 궤적에 대하여 상기 다항식에 따른 추정 궤적을 이용하여 거리 정렬을 수행하는 단계, 그리고Performing distance alignment on the extracted flight trajectories included in each section by using the estimated trajectory according to the polynomial; and 이웃하는 구획에 중복되는 거리측면도를 기준으로 하여 상기 이웃하는 구획들을 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 방법. And arranging the neighboring sections based on a distance side view overlapping the neighboring section. 편대 비행 중인 표적에 대한 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치에 있어서, An apparatus for generating a reverse synthetic aperture radar image for a flight in flight. 상기 표적으로부터 산란되어 반사되는 반사파를 수신하고, 상기 반사파로부터 추출된 거리측면도로부터 상기 표적의 비행 궤적을 생성하는 거리측면도 생성 부, A distance side view generation unit for receiving a reflected wave scattered and reflected from the target and generating a flight trajectory of the target from the distance side view extracted from the reflected wave, 상기 비행 궤적으로부터 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀을 선택하여 새로운 비행 궤적을 추출하고, 상기 추출된 비행 궤적을 다항식으로 모델링하고, 상기 다항식에 따른 추정 궤적이 상기 추출된 비행 궤적에 근접하도록 상기 다항식에 포함되는 파라미터를 조절하는 거리 정렬부, From the flight trajectory, a new flight trajectory is selected by selecting a pixel whose magnitude is larger than a reference value, the extracted flight trajectory is modeled as a polynomial, and the estimated trajectory according to the polynomial is close to the extracted flight trajectory. Distance alignment unit for adjusting the parameters included in the polynomial, 거리 정렬된 상기 거리측면도의 위상 오차를 보상하는 위상 조정부, 그리고A phase adjuster for compensating for the phase error of the distance-aligned distance profile, and 상기 거리측면도를 이용하여 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 영상생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치. And an image generator for generating a reverse synthetic aperture radar image using the distance side view. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 거리측면도는 상기 레이더의 관측 각도에 따른 거리성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치. And the distance side view comprises a distance component according to an observation angle of the radar. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 거리 정렬부는, The distance alignment unit, 상기 픽셀 값의 크기가 기준 값보다 큰 픽셀의 픽셀 값을 1로 설정하고, 기준 값보다 작은 픽셀의 픽셀 값을 0으로 설정하여 상기 새로운 비행 궤적을 추출하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치. A reverse synthetic aperture radar image, wherein the new flight trajectory is extracted by setting a pixel value of a pixel having a size greater than the reference value to 1 and a pixel value of a pixel smaller than a reference value to 0. Device to generate. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 다항식은 다음과 같이 표시되는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치: Wherein the polynomial is represented as follows:
Figure 112009029064666-pat00014
Figure 112009029064666-pat00014
여기서, M은 거리측면도의 개수이고, a i 는 파라미터이다. Where M is the number of distance profiles and a i is a parameter.
제11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 다항식에 따른 추정 궤적과 상기 추출된 비행 궤적 중에서 일치하는 픽셀 수가 최대가 되도록 상기 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치. And adjusting the parameter to maximize the number of pixels matched among the estimated trajectory and the extracted flight trajectory according to the polynomial. 제12항에 있어서, The method of claim 12, 상기 파라미터는 PSO(particle swarm optimization) 알고리즘를 통하여 추정되며, 상기 PSO 알고리즘은 아래 수학식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치:The parameter is estimated through a particle swarm optimization (PSO) algorithm, the PSO algorithm is an apparatus for generating a reverse synthetic aperture radar image, characterized by the following equation:
Figure 112009029064666-pat00015
Figure 112009029064666-pat00015
여기서, t는 세대 수이고, φ는 관성 가중치이며, ρ 1 = r1c1, ρ 2 = r2c2이며, c1, c2 > 1, c1 + c2 < 4 이고, ri 는 0과 1 사이에 균일분포(uniform distribution)를 가지는 랜덤변수이다. Where t is the number of generations, φ is the inertia weight, ρ 1 = r 1 c 1 , ρ 2 = r 2 c 2 , c 1 , c 2 > 1, c 1 + c 2 <4, r i Is a random variable with a uniform distribution between 0 and 1.
제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 거리 정렬부는, The distance alignment unit, 상기 추출된 비행 궤적을 복수의 구획으로 나누고, 각각의 구획에 포함되는 상기 추출된 비행 궤적에 대하여 상기 다항식에 따른 추정 궤적을 이용하여 거리 정렬을 수행하며, 이웃하는 구획에 중복되는 거리측면도를 기준으로 하여 상기 이웃하는 구획들을 정렬하는 것을 특징으로 하는 역합성 개구면 레이더 영상을 생성하는 장치. The extracted flight trajectory is divided into a plurality of compartments, distance alignment is performed using the estimated trajectory according to the polynomial with respect to the extracted flight trajectories included in each compartment, and based on a distance side view overlapping the neighboring compartments. And aligning the neighboring sections with each other.
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